JP5568891B2 - Heterojunction field effect transistor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、キャリアであるゲート電極下の電子の走行方向が基板表面に略平行である窒化物半導体電界効果トランジスタであるヘテロ接合電界効果トランジスタ、その製造方法に関する。 The present invention relates to a heterojunction field effect transistor which is a nitride semiconductor field effect transistor in which the traveling direction of electrons under a gate electrode which is a carrier is substantially parallel to a substrate surface, and a method for manufacturing the same.
窒化物半導体FET構造において、従来、動作電圧・耐圧を高くするためゲート−ドレイン間距離(Lgd)を広げる方法が取られていた。例えば、カネコらは、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス(Japanese Journal of Applied Physics, Vol.43, No.7A,pp.L831-L833)にて、高電圧動作が可能なAlGaN/GaNヘテロ接合FETについて報告している。 In the nitride semiconductor FET structure, conventionally, a method of increasing the gate-drain distance (Lgd) has been taken in order to increase the operating voltage and breakdown voltage. For example, Kaneko et al. Have an AlGaN / GaN heterojunction capable of high-voltage operation in the Japanese Journal of Applied Physics (Vol.43, No.7A, pp.L831-L833). It reports on FET.
彼らは、Si(111)基板上に、AlN層、GaN/AlN超格子層、膜厚1μmのGaN層、AlGaN層を積層後ソース電極、ドレイン電極としてTi/Alを積層し650度10分の熱処理を行った。 They stacked an AlN layer, a GaN / AlN superlattice layer, a 1 μm thick GaN layer, and an AlGaN layer on a Si (111) substrate, and then laminated Ti / Al as a source electrode and a drain electrode at 650 ° C. for 10 minutes. Heat treatment was performed.
さらに、SiOx膜を積層後、ゲート形成部を開口しNi/Auからなるゲート電極を形成、SiNx保護膜を積層後、メッキ部を開口し最後に電極部に金メッキ部を形成することで作製した。 Furthermore, after laminating the SiOx film, the gate forming part was opened to form a gate electrode made of Ni / Au, the SiNx protective film was laminated, the plated part was opened, and finally the gold plated part was formed on the electrode part. .
この構造で、ソース電極、ドレイン電極間距離は16μmとなっている。このように、ソース電極、ドレイン電極間距離を大きくすることで、破壊耐圧として350V以上が可能となり高耐圧FETを得ることが出来た。 With this structure, the distance between the source electrode and the drain electrode is 16 μm. As described above, by increasing the distance between the source electrode and the drain electrode, the breakdown voltage can be set to 350 V or more, and a high voltage FET can be obtained.
しかしながら、上記技術のように、ソース電極−ドレイン電極間距離(Lsd)を大きくしても表面(SiN膜との界面)の影響で電界分布が不均一になるため、結局ゲート電極のドレイン端に電界が集中することになり、GaNの物性値から期待されるほど高耐圧化できないという問題があった。 However, as in the above technique, even if the distance between the source electrode and the drain electrode (Lsd) is increased, the electric field distribution becomes non-uniform due to the influence of the surface (interface with the SiN film). There was a problem that the electric field was concentrated and the breakdown voltage could not be increased as expected from the physical properties of GaN.
一方で、所望の耐圧を得るためには従来技術のように、例えば、Lsdを15μm以上の大きな値にする必要がありチップサイズが大きくなってしまうという問題があった。そこで、窒化物半導体FET構造において、動作電圧・耐圧を高く維持したまま、上記の課題を解決するために、縦型のトランジスタ構造が提案されている。 On the other hand, in order to obtain a desired withstand voltage, there is a problem that, for example, Lsd needs to be set to a large value of 15 μm or more as in the prior art, resulting in an increase in chip size. Therefore, a vertical transistor structure has been proposed in the nitride semiconductor FET structure in order to solve the above problems while maintaining a high operating voltage and withstand voltage.
例えば、カネチカらは、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス(Japanese Journal of Applied Physics, Vol.46, No.21,2007,pp.L503-L505)にて、電子が基板に対して縦に走行するアパーチャーを備えた、縦型AlGaN/GaNヘテロ接合FETについて報告している。 For example, Kanetica et al. In Japanese Journal of Applied Physics, Vol.46, No.21,2007, pp.L503-L505 A vertical AlGaN / GaN heterojunction FET with an aperture is reported.
図14はカネチカらにより報告された電界効果トランジスタの断面構造図である。図示するように、n−GaN基板1001上にSiを添加したn−−GaN層1002、Mgを添加したp−GaN層1003、AlN層1004、i−GaN層1005を積層後、SiO2をマスクにアパーチャー部のMgを添加したp−GaN層1003、AlN層1004、i−GaN層1005およびn−−GaN層1002の一部をドライエッチングにより除去し、SiO2マスクを除去した後、Siを添加したn−GaN層1006、i−AlGaN層1007を再成長する。
FIG. 14 is a cross-sectional structure diagram of a field effect transistor reported by Kanetika et al. As shown in the figure, an n − -
つぎに、オーミック・コンタクト領域にSiイオンを注入し活性化アニールを行った後、オーミック電極1008を形成。つぎに、SiO2膜1009を成膜した後、n+−poly Siからなるゲート電極1010を形成し、活性化アニールを行うことで作製された。
Next, Si ions are implanted into the ohmic contact region and activation annealing is performed, and then an
このように、アパーチャー部を介して基板裏面に向け縦に電流を流す構造とすることで、表面の影響を受けないことから電界分布が均一となり、GaNの絶縁破壊耐圧の物性値(3MV/cm)まで高耐圧化が期待できる。 Thus, by adopting a structure in which current flows vertically toward the back surface of the substrate through the aperture portion, the electric field distribution becomes uniform because it is not affected by the surface, and the physical property value of the breakdown voltage of GaN (3 MV / cm ) Can be expected to have a higher breakdown voltage.
現在、上述のようなヘテロ接合電界効果トランジスタとして各種の提案がある(例えば、特許文献1〜4参照)。
Currently, there are various proposals for the heterojunction field effect transistor as described above (see, for example,
しかしながら、上述の技術にも課題があった。上記縦型構造のように半導体の一部を除去し、再成長により実際に電子が走行する上層を成膜すると、再成長界面の不純物が取りきれないこと、再成長された半導体の結晶性が元の半導体結晶より悪いこと、電流コラプスが大きくなること、電子の移動度が低下すること、という問題があった。 However, the above-described technique has a problem. When a part of the semiconductor is removed as in the above vertical structure and an upper layer in which electrons actually travel by regrowth is formed, impurities at the regrowth interface cannot be removed, and the crystallinity of the regrowth semiconductor is reduced. There are problems that it is worse than the original semiconductor crystal, the current collapse increases, and the mobility of electrons decreases.
また、再成長したGaN層にはSiを添加してn型にする必要があり、理想的に結晶が再成長されても移動度は低くなるという問題もある。移動度が低いことに起因して、オン抵抗の低減も困難になるという問題もあった。 Further, it is necessary to add Si to the regrown GaN layer to make it n-type, and there is a problem that mobility is lowered even if the crystal is ideally regrown. Due to the low mobility, there is also a problem that it is difficult to reduce the on-resistance.
上記の窒化物半導体電界効果トランジスタの課題を解決するためには、電子をキャリアとするのであるが、ゲート電極下の電子の走行方向が基板表面に略平行であるよう、デバイス構造を改良する必要がある。 In order to solve the above-mentioned problems of the nitride semiconductor field effect transistor, electrons are used as carriers, but it is necessary to improve the device structure so that the traveling direction of electrons under the gate electrode is substantially parallel to the substrate surface. There is.
本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、ゲート電極下の電子の走行方向が基板表面に略平行であるようにデバイス構造を改良しながらも各種弊害を解消したヘテロ接合電界効果トランジスタ、その製造方法を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above-described problems. A heterojunction electric field in which various adverse effects are solved while the device structure is improved so that the traveling direction of electrons under the gate electrode is substantially parallel to the substrate surface. An effect transistor and a manufacturing method thereof are provided.
本発明の第一のヘテロ接合電界効果トランジスタは、キャリアであるゲート電極下の電子の走行方向が基板表面に略平行である窒化物半導体電界効果トランジスタであり、ゲート絶縁膜を介するなどしてゲート電極と接する第一半導体層と、ドレイン電極と導通する第二半導体層またはドレイン電極とが、p型窒化物半導体層を挟んで相対しており、p型窒化物半導体層とソース電極またはゲート電極との間に、少なくともキャリア走行層とキャリア走行層より電子親和力の小さい第三半導体層とが位置しており、少なくとも半導体層のヘテロ接合界面の一つにおいて二次元電子ガスが形成されており、これをチャネルとするヘテロ接合電界効果トランジスタであって、ゲート電極に対してソース電極の反対側に、ゲート絶縁膜を介するなどしてゲート電極と接する第一半導体層と、ドレイン電極と導通された半導体層の間で導通経路を形成するn型導電層と、を備えており、そのn型導電層は選択的にイオン注入されているn型不純物をアニール処理で活性化することにより形成されており、n型導電層は、イオンが200keV以上の加速エネルギーで注入されており、p型窒化物半導体層より深く、かつ第二半導体層にまで注入イオンが達する選択的イオン注入によって形成されており、n型導電層とn型不純物が注入されていないチャネル領域との接続部に注入されているn型不純物濃度が1×1018cm−3以下であること、を特徴とする。 The first heterojunction field effect transistor of the present invention is a nitride semiconductor field effect transistor in which the traveling direction of electrons under the gate electrode serving as a carrier is substantially parallel to the substrate surface. The first semiconductor layer in contact with the electrode and the second semiconductor layer or drain electrode electrically connected to the drain electrode are opposed to each other with the p-type nitride semiconductor layer interposed therebetween, and the p-type nitride semiconductor layer and the source electrode or gate electrode Between, and at least a carrier traveling layer and a third semiconductor layer having a lower electron affinity than the carrier traveling layer, and a two-dimensional electron gas is formed at least at one of the heterojunction interfaces of the semiconductor layer, This is a heterojunction field effect transistor using this as a channel, with a gate insulating film interposed on the opposite side of the source electrode from the gate electrode, etc. A first semiconductor layer in contact with the gate electrode and an n-type conductive layer that forms a conduction path between the semiconductor layer and the drain electrode. The n-type conductive layer is selectively ion-implanted. In the n-type conductive layer, ions are implanted with an acceleration energy of 200 keV or more, deeper than the p-type nitride semiconductor layer, and the second n-type impurity is activated by annealing. It is formed by selective ion implantation in which implanted ions reach the semiconductor layer, and the n-type impurity concentration implanted into the connection portion between the n-type conductive layer and the channel region into which no n-type impurity is implanted is 1 × 10. It is 18 cm −3 or less.
本発明の第二のヘテロ接合電界効果トランジスタは、キャリアであるゲート電極下の電子の走行方向が基板表面に略平行である窒化物半導体電界効果トランジスタであり、ゲート絶縁膜を介するなどしてゲート電極と接する第一半導体層と、ドレイン電極と導通する第二半導体層またはドレイン電極とが、p型窒化物半導体層を挟んで相対しており、p型窒化物半導体層とソース電極またはゲート電極との間に、少なくともキャリア走行層とキャリア走行層より電子親和力の小さい第三半導体層とが位置しており、少なくとも半導体層のヘテロ接合界面の一つにおいて二次元電子ガスが形成されており、これをチャネルとするヘテロ接合電界効果トランジスタであって、ゲート電極に対してソース電極の反対側に、ゲート絶縁膜を介するなどしてゲート電極と接する第一半導体層と、ドレイン電極と導通された半導体層の間で導通経路を形成するn型導電層と、を備えており、そのn型導電層は選択的にイオン注入されているn型不純物をアニール処理で活性化することにより形成されており、n型導電層は、イオンが200keV以上の加速エネルギーで注入されており、p型窒化物半導体層より深く、かつ第二半導体層にまで注入イオンが達する選択的イオン注入によって形成されており、n型導電層とn型不純物が注入されていないチャネル領域との接続部において、注入されているn型不純物濃度が1×1020cm−3以上であるか、または、イオン化されているn型不純物濃度が1×1019cm−3以上であること、を特徴とする。 The second heterojunction field effect transistor of the present invention is a nitride semiconductor field effect transistor in which the traveling direction of electrons under the gate electrode serving as a carrier is substantially parallel to the substrate surface. The first semiconductor layer in contact with the electrode and the second semiconductor layer or drain electrode electrically connected to the drain electrode are opposed to each other with the p-type nitride semiconductor layer interposed therebetween, and the p-type nitride semiconductor layer and the source electrode or gate electrode Between, and at least a carrier traveling layer and a third semiconductor layer having a lower electron affinity than the carrier traveling layer, and a two-dimensional electron gas is formed at least at one of the heterojunction interfaces of the semiconductor layer, This is a heterojunction field effect transistor using this as a channel, with a gate insulating film interposed on the opposite side of the source electrode from the gate electrode, etc. A first semiconductor layer in contact with the gate electrode and an n-type conductive layer that forms a conduction path between the semiconductor layer and the drain electrode. The n-type conductive layer is selectively ion-implanted. In the n-type conductive layer, ions are implanted with an acceleration energy of 200 keV or more, deeper than the p-type nitride semiconductor layer, and the second n-type impurity is activated by annealing. The n-type impurity concentration is 1 × at the connection between the n-type conductive layer and the channel region into which the n-type impurity is not implanted. It is 10 20 cm −3 or more, or the ionized n-type impurity concentration is 1 × 10 19 cm −3 or more.
本発明の第三のヘテロ接合電界効果トランジスタは、キャリアであるゲート電極下の電子の走行方向が基板表面に略平行である窒化物半導体電界効果トランジスタであり、ゲート絶縁膜を介するなどしてゲート電極と接する第一半導体層と、ドレイン電極と導通する第二半導体層またはドレイン電極とが、p型窒化物半導体層を挟んで相対しており、p型窒化物半導体層とソース電極またはゲート電極との間に、少なくともキャリア走行層とキャリア走行層より電子親和力の小さい第三半導体層とが位置しており、少なくとも半導体層のヘテロ接合界面の一つにおいて二次元電子ガスが形成されており、これをチャネルとするヘテロ接合電界効果トランジスタであって、ゲート電極に対してソース電極の反対側に、ゲート絶縁膜を介するなどしてゲート電極と接する第一半導体層と、ドレイン電極と導通された半導体層の間で導通経路を形成するn型導電層と、を備えており、そのn型導電層は選択的にイオン注入されているn型不純物をアニール処理で活性化することにより形成されており、n型導電層は、イオンが10keV以上200keV未満の第一の加速エネルギーで加速して注入されており、半導体へテロ界面より深く注入イオンが達する第一のイオン注入と、併せて、イオンが200keV以上の第二の加速エネルギーで注入されており、p型窒化物半導体層より深く、かつ第二半導体層にまで注入イオンが達する第二のイオン注入によって選択的に形成されており、n型導電層とn型不純物が注入されていないチャネル領域との接続部は、第二のイオン注入は施されておらず、第一のイオン注入だけが施されているが、しかし、接続部において、注入されているn型不純物濃度が1×1020cm−3以上であるか、または、イオン化されているn型不純物濃度が1×1019cm−3以上であること、を特徴とする。 The third heterojunction field effect transistor of the present invention is a nitride semiconductor field effect transistor in which the traveling direction of electrons under the gate electrode which is a carrier is substantially parallel to the substrate surface, and is gated through a gate insulating film or the like. The first semiconductor layer in contact with the electrode and the second semiconductor layer or drain electrode electrically connected to the drain electrode are opposed to each other with the p-type nitride semiconductor layer interposed therebetween, and the p-type nitride semiconductor layer and the source electrode or gate electrode Between, and at least a carrier traveling layer and a third semiconductor layer having a lower electron affinity than the carrier traveling layer, and a two-dimensional electron gas is formed at least at one of the heterojunction interfaces of the semiconductor layer, This is a heterojunction field effect transistor using this as a channel, with a gate insulating film interposed on the opposite side of the source electrode from the gate electrode, etc. A first semiconductor layer in contact with the gate electrode and an n-type conductive layer that forms a conduction path between the semiconductor layer and the drain electrode. The n-type conductive layer is selectively ion-implanted. N-type impurities are activated by annealing, and the n-type conductive layer is implanted by accelerating ions with a first acceleration energy of 10 keV or more and less than 200 keV. In addition to the first ion implantation in which the implanted ions reach deeper, the ions are implanted at a second acceleration energy of 200 keV or higher, and the implanted ions are deeper than the p-type nitride semiconductor layer and reach the second semiconductor layer. The second ion implantation is applied to the connection portion between the n-type conductive layer and the channel region into which the n-type impurity is not implanted. And yet not, but the first ion implantation has been performed, however, the connection portion, or n-type impurity concentration that is injected is 1 × 10 20 cm -3 or more, or is ionized The n-type impurity concentration is 1 × 10 19 cm −3 or more.
本発明の第四のヘテロ接合電界効果トランジスタは、キャリアであるゲート電極下の電子の走行方向が基板表面に略平行である窒化物半導体電界効果トランジスタであり、ゲート絶縁膜を介するなどしてゲート電極と接する第一半導体層と、ドレイン電極と導通する第二半導体層またはドレイン電極とが、p型窒化物半導体層を挟んで相対しており、p型窒化物半導体層とソース電極またはゲート電極との間に、少なくともキャリア走行層とキャリア走行層より電子親和力の小さい第三半導体層とが位置しており、少なくとも半導体層のヘテロ接合界面の一つにおいて二次元電子ガスが形成されており、これをチャネルとするヘテロ接合電界効果トランジスタであって、ゲート電極に対してソース電極の反対側に、ゲート絶縁膜を介するなどしてゲート電極と接する第一半導体層と、ドレイン電極と導通された半導体層の間で導通経路を形成するn型導電層と、を備えており、そのn型導電層は選択的にイオン注入されているn型不純物をアニール処理で活性化することにより形成されており、そのn型導電層は、イオン注入領域と側面および底面が接するトレンチ構造を有しており、n型導電層は、注入イオンの投影飛程Di(μm)がトレンチ深さDt(μm)より長くなるような加速エネルギーのイオン注入で形成されており(Di>Dt)、かつ、p型窒化物半導体層より深く第二半導体層にまで注入イオンが達しており、n型導電層とn型不純物が注入されていないチャネル領域との接続部に注入されているn型不純物濃度が1×1018cm−3以下であること、を特徴とする。 The fourth heterojunction field effect transistor of the present invention is a nitride semiconductor field effect transistor in which the traveling direction of electrons under the gate electrode which is a carrier is substantially parallel to the substrate surface, and is gated through a gate insulating film or the like. The first semiconductor layer in contact with the electrode and the second semiconductor layer or drain electrode electrically connected to the drain electrode are opposed to each other with the p-type nitride semiconductor layer interposed therebetween, and the p-type nitride semiconductor layer and the source electrode or gate electrode Between, and at least a carrier traveling layer and a third semiconductor layer having a lower electron affinity than the carrier traveling layer, and a two-dimensional electron gas is formed at least at one of the heterojunction interfaces of the semiconductor layer, This is a heterojunction field effect transistor using this as a channel, with a gate insulating film interposed on the opposite side of the source electrode from the gate electrode, etc. A first semiconductor layer in contact with the gate electrode and an n-type conductive layer that forms a conduction path between the semiconductor layer and the drain electrode. The n-type conductive layer is selectively ion-implanted. The n-type impurity is formed by activating the n-type impurity by annealing, and the n-type conductive layer has a trench structure in which the ion implantation region is in contact with the side surface and the bottom surface. The ion projection range Di (μm) is formed by ion implantation at an acceleration energy such that the projected range Di (μm) is longer than the trench depth Dt (μm) (Di> Dt), and is deeper than the p-type nitride semiconductor layer. Implanted ions have reached the semiconductor layer, and the concentration of the n-type impurity implanted into the connection portion between the n-type conductive layer and the channel region into which the n-type impurity is not implanted is 1 × 10 18 cm −3 or less. It is characterized by .
本発明の第五のヘテロ接合電界効果トランジスタは、キャリアであるゲート電極下の電子の走行方向が基板表面に略平行である窒化物半導体電界効果トランジスタであり、ゲート絶縁膜を介するなどしてゲート電極と接する第一半導体層と、ドレイン電極と導通する第二半導体層またはドレイン電極とが、p型窒化物半導体層を挟んで相対しており、p型窒化物半導体層とソース電極またはゲート電極との間に、少なくともキャリア走行層とキャリア走行層より電子親和力の小さい第三半導体層とが位置しており、少なくとも半導体層のヘテロ接合界面の一つにおいて二次元電子ガスが形成されており、これをチャネルとするヘテロ接合電界効果トランジスタであって、ゲート電極に対してソース電極の反対側に、ゲート絶縁膜を介するなどしてゲート電極と接する第一半導体層と、ドレイン電極と導通された半導体層の間で導通経路を形成するn型導電層と、を備えており、そのn型導電層は選択的にイオン注入されているn型不純物をアニール処理で活性化することにより形成されており、そのn型導電層は、イオン注入領域と側面および底面が接するトレンチ構造を有しており、n型導電層は、注入イオンの投影飛程Di(μm)がトレンチ深さDt(μm)より長くなるような加速エネルギーのイオン注入で形成されており(Di>Dt)、かつ、p型窒化物半導体層より深く第二半導体層にまで注入イオンが達しており、n型導電層とn型不純物が注入されていないチャネル領域との接続部において、注入されているn型不純物濃度が1×1020cm−3以上であるか、または、イオン化されているn型不純物濃度が1×1019cm−3以上であること、を特徴とする。 The fifth heterojunction field effect transistor of the present invention is a nitride semiconductor field effect transistor in which the traveling direction of electrons under the gate electrode which is a carrier is substantially parallel to the substrate surface, and is gated through a gate insulating film or the like. The first semiconductor layer in contact with the electrode and the second semiconductor layer or drain electrode electrically connected to the drain electrode are opposed to each other with the p-type nitride semiconductor layer interposed therebetween, and the p-type nitride semiconductor layer and the source electrode or gate electrode Between, and at least a carrier traveling layer and a third semiconductor layer having a lower electron affinity than the carrier traveling layer, and a two-dimensional electron gas is formed at least at one of the heterojunction interfaces of the semiconductor layer, This is a heterojunction field effect transistor using this as a channel, with a gate insulating film interposed on the opposite side of the source electrode from the gate electrode, etc. A first semiconductor layer in contact with the gate electrode and an n-type conductive layer that forms a conduction path between the semiconductor layer and the drain electrode. The n-type conductive layer is selectively ion-implanted. The n-type impurity is formed by activating the n-type impurity by annealing, and the n-type conductive layer has a trench structure in which the ion implantation region is in contact with the side surface and the bottom surface. The ion projection range Di (μm) is formed by ion implantation at an acceleration energy such that the projected range Di (μm) is longer than the trench depth Dt (μm) (Di> Dt), and is deeper than the p-type nitride semiconductor layer. Implanted ions reach the semiconductor layer, and the concentration of the implanted n-type impurity is 1 × 10 20 cm −3 or more at the connection portion between the n-type conductive layer and the channel region into which the n-type impurity is not implanted. Is there again It is n-type impurity concentration that is ionized is 1 × 10 19 cm -3 or more, and the.
本発明の第六のヘテロ接合電界効果トランジスタは、キャリアであるゲート電極下の電子の走行方向が基板表面に略平行である窒化物半導体電界効果トランジスタであり、ゲート絶縁膜を介するなどしてゲート電極と接する第一半導体層と、ドレイン電極と導通する第二半導体層またはドレイン電極とが、p型窒化物半導体層を挟んで相対しており、p型窒化物半導体層とソース電極またはゲート電極との間に、少なくともキャリア走行層とキャリア走行層より電子親和力の小さい第三半導体層とが位置しており、少なくとも半導体層のヘテロ接合界面の一つにおいて二次元電子ガスが形成されており、これをチャネルとするヘテロ接合電界効果トランジスタであって、ゲート電極に対してソース電極の反対側に、ゲート絶縁膜を介するなどしてゲート電極と接する第一半導体層と、ドレイン電極と導通された半導体層の間で導通経路を形成するn型導電層と、を備えており、そのn型導電層は選択的にイオン注入されているn型不純物をアニール処理で活性化することにより形成されており、そのn型導電層は、イオン注入領域と側面および底面が接するトレンチ構造を有しており、n型導電層は、イオンが第一の加速エネルギーで加速して注入されており、半導体へテロ界面より深く注入イオンが達する第一のイオン注入と、併せて、イオンが第二の加速エネルギーで注入されており、p型窒化物半導体層より深く、かつ第二半導体層にまで注入イオンが達する第二のイオン注入によって選択的に形成されており、第一および第二のイオン注入領域は、互いにオーバーラップした領域を有しており、n型導電層とn型不純物が注入されていないチャネル領域との接続部において、注入されているn型不純物濃度が1×1020cm−3以上であるか、または、イオン化されているn型不純物濃度が1×1019cm−3以上であり、接続部とイオン注入領域を介してドレイン電極と導通された半導体層との間にn+導通経路が形成されていること、を特徴とする。 The sixth heterojunction field effect transistor of the present invention is a nitride semiconductor field effect transistor in which the traveling direction of electrons under the gate electrode which is a carrier is substantially parallel to the substrate surface, and is gated through a gate insulating film or the like. The first semiconductor layer in contact with the electrode and the second semiconductor layer or drain electrode electrically connected to the drain electrode are opposed to each other with the p-type nitride semiconductor layer interposed therebetween, and the p-type nitride semiconductor layer and the source electrode or gate electrode Between, and at least a carrier traveling layer and a third semiconductor layer having a lower electron affinity than the carrier traveling layer, and a two-dimensional electron gas is formed at least at one of the heterojunction interfaces of the semiconductor layer, This is a heterojunction field effect transistor using this as a channel, with a gate insulating film interposed on the opposite side of the source electrode from the gate electrode, etc. A first semiconductor layer in contact with the gate electrode and an n-type conductive layer that forms a conduction path between the semiconductor layer and the drain electrode. The n-type conductive layer is selectively ion-implanted. The n-type impurity layer is formed by activating the n-type impurity by annealing, and the n-type conductive layer has a trench structure in which the side surface and the bottom surface are in contact with the ion implantation region. In addition to the first ion implantation in which ions are implanted deeper than the semiconductor heterointerface, ions are implanted with the second acceleration energy, and the p-type is implanted. It is selectively formed by the second ion implantation deeper than the nitride semiconductor layer and reaches the second semiconductor layer, and the first and second ion implantation regions overlap each other. Has a region, in the connection portion between the channel region n-type conductive layer and the n-type impurity is not implanted, or n-type impurity concentration that is injected is 1 × 10 20 cm -3 or more, or An ionized n-type impurity concentration is 1 × 10 19 cm −3 or more, and an n + conduction path is formed between the connection portion and the semiconductor layer conducted with the drain electrode through the ion implantation region. It is characterized by that.
本発明の第一のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法は、キャリアであるゲート電極下の電子の走行方向が基板表面に略平行である窒化物半導体電界効果トランジスタであり、ゲート絶縁膜を介するなどしてゲート電極と接する第一半導体層と、ドレイン電極と導通する第二半導体層またはドレイン電極とが、p型窒化物半導体層を挟んで相対しており、p型窒化物半導体層とソース電極またはゲート電極との間に、少なくともキャリア走行層とキャリア走行層より電子親和力の小さい第三半導体層とが位置しており、少なくとも半導体層のヘテロ接合界面の一つにおいて二次元電子ガスが形成されており、これをチャネルとするヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法であって、ゲート電極に対してソース電極の反対側に、ゲート絶縁膜を介するなどしてゲート電極と接する第一半導体層と、ドレイン電極と導通された半導体層の間で導通経路を形成するn型導電層と、を形成し、そのn型導電層は選択的にイオン注入されたn型不純物をアニール処理で活性化することにより形成し、n型導電層は、イオンを200keV以上の加速エネルギーで注入し、p型窒化物半導体層より深く、かつ第二半導体層にまで注入イオンが達する選択的イオン注入によって形成し、n型導電層とn型不純物が注入されないチャネル領域との接続部に注入されたn型不純物濃度を1×1018cm−3以下とする、を特徴とする。 The first method for producing a heterojunction field effect transistor of the present invention is a nitride semiconductor field effect transistor in which the traveling direction of electrons under a gate electrode serving as a carrier is substantially parallel to the substrate surface, via a gate insulating film, etc. The first semiconductor layer that is in contact with the gate electrode and the second semiconductor layer or drain electrode that is electrically connected to the drain electrode are opposed to each other with the p-type nitride semiconductor layer interposed therebetween, and the p-type nitride semiconductor layer and the source electrode Alternatively, at least a carrier traveling layer and a third semiconductor layer having a lower electron affinity than the carrier traveling layer are located between the gate electrode and a two-dimensional electron gas is formed at least at one of the heterojunction interfaces of the semiconductor layer. A method of manufacturing a heterojunction field effect transistor using this as a channel, wherein a gate electrode is connected to the opposite side of the source electrode to the gate electrode. Forming a first semiconductor layer in contact with the gate electrode through an insulating film and the like, and an n-type conductive layer forming a conduction path between the semiconductor layer and the drain electrode, and the n-type conductive layer is selected The n-type impurity is ion-implanted with an activation energy of 200 keV or more, and the n-type impurity is deeper than the p-type nitride semiconductor layer. The n-type impurity concentration formed by selective ion implantation that reaches the semiconductor layer and reaching the semiconductor layer and implanted into the connection portion between the n-type conductive layer and the channel region into which the n-type impurity is not implanted is 1 × 10 18 cm −3 or less. It is characterized by.
本発明の第二のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法は、キャリアであるゲート電極下の電子の走行方向が基板表面に略平行である窒化物半導体電界効果トランジスタであり、ゲート絶縁膜を介するなどしてゲート電極と接する第一半導体層と、ドレイン電極と導通する第二半導体層またはドレイン電極とが、p型窒化物半導体層を挟んで相対しており、p型窒化物半導体層とソース電極またはゲート電極との間に、少なくともキャリア走行層とキャリア走行層より電子親和力の小さい第三半導体層とが位置しており、少なくとも半導体層のヘテロ接合界面の一つにおいて二次元電子ガスが形成されており、これをチャネルとするヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法であって、ゲート電極に対してソース電極の反対側に、ゲート絶縁膜を介するなどしてゲート電極と接する第一半導体層と、ドレイン電極と導通された半導体層の間で導通経路を形成するn型導電層と、を形成し、そのn型導電層は選択的にイオン注入されたn型不純物をアニール処理で活性化することにより形成し、n型導電層は、イオンを200keV以上の加速エネルギーで注入し、p型窒化物半導体層より深く、かつ第二半導体層にまで注入イオンが達する選択的イオン注入によって形成し、n型導電層とn型不純物が注入されないチャネル領域との接続部において、注入するn型不純物濃度を1×1020cm−3以上とするか、または、イオン化するn型不純物濃度を1×1019cm−3以上とすること、を特徴とする。 The second heterojunction field effect transistor manufacturing method of the present invention is a nitride semiconductor field effect transistor in which the traveling direction of electrons under the gate electrode serving as a carrier is substantially parallel to the substrate surface, and the like through the gate insulating film. The first semiconductor layer that is in contact with the gate electrode and the second semiconductor layer or drain electrode that is electrically connected to the drain electrode are opposed to each other with the p-type nitride semiconductor layer interposed therebetween, and the p-type nitride semiconductor layer and the source electrode Alternatively, at least a carrier traveling layer and a third semiconductor layer having a lower electron affinity than the carrier traveling layer are located between the gate electrode and a two-dimensional electron gas is formed at least at one of the heterojunction interfaces of the semiconductor layer. A method of manufacturing a heterojunction field effect transistor using this as a channel, wherein a gate electrode is connected to the opposite side of the source electrode to the gate electrode. Forming a first semiconductor layer in contact with the gate electrode through an insulating film and the like, and an n-type conductive layer forming a conduction path between the semiconductor layer and the drain electrode, and the n-type conductive layer is selected The n-type impurity is ion-implanted with an activation energy of 200 keV or more, and the n-type impurity is deeper than the p-type nitride semiconductor layer. The n-type impurity concentration is 1 × 10 20 cm −3 or higher at the connection portion between the n-type conductive layer and the channel region into which the n-type impurity is not implanted. Or the ionized n-type impurity concentration is 1 × 10 19 cm −3 or more.
本発明の第三のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法は、キャリアであるゲート電極下の電子の走行方向が基板表面に略平行である窒化物半導体電界効果トランジスタであり、ゲート絶縁膜を介するなどしてゲート電極と接する第一半導体層と、ドレイン電極と導通する第二半導体層またはドレイン電極とが、p型窒化物半導体層を挟んで相対しており、p型窒化物半導体層とソース電極またはゲート電極との間に、少なくともキャリア走行層とキャリア走行層より電子親和力の小さい第三半導体層とが位置しており、少なくとも半導体層のヘテロ接合界面の一つにおいて二次元電子ガスが形成されており、これをチャネルとするヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法であって、ゲート電極に対してソース電極の反対側に、ゲート絶縁膜を介するなどしてゲート電極と接する第一半導体層と、ドレイン電極と導通された半導体層の間で導通経路を形成するn型導電層と、を形成し、そのn型導電層は選択的にイオン注入されたn型不純物をアニール処理で活性化することにより形成し、n型導電層は、イオンを10keV以上200keV未満の第一の加速エネルギーで加速して注入し、半導体へテロ界面より深く注入イオンが達する第一のイオン注入と、併せて、イオンを200keV以上の第二の加速エネルギーで注入し、p型窒化物半導体層より深く、かつ第二半導体層にまで注入イオンが達する第二のイオン注入によって選択的に形成し、n型導電層とn型不純物が注入されないチャネル領域との接続部は、第二のイオン注入は施さず、第一のイオン注入だけを施すが、しかし、接続部において、注入するn型不純物濃度を1×1020cm−3以上とするか、または、イオン化するn型不純物濃度を1×1019cm−3以上とすること、を特徴とする。 The third method for manufacturing a heterojunction field effect transistor according to the present invention is a nitride semiconductor field effect transistor in which the traveling direction of electrons under a gate electrode serving as a carrier is substantially parallel to the substrate surface, via a gate insulating film, etc. The first semiconductor layer that is in contact with the gate electrode and the second semiconductor layer or drain electrode that is electrically connected to the drain electrode are opposed to each other with the p-type nitride semiconductor layer interposed therebetween, and the p-type nitride semiconductor layer and the source electrode Alternatively, at least a carrier traveling layer and a third semiconductor layer having a lower electron affinity than the carrier traveling layer are located between the gate electrode and a two-dimensional electron gas is formed at least at one of the heterojunction interfaces of the semiconductor layer. A method of manufacturing a heterojunction field effect transistor using this as a channel, wherein a gate electrode is connected to the opposite side of the source electrode to the gate electrode. Forming a first semiconductor layer in contact with the gate electrode through an insulating film and the like, and an n-type conductive layer forming a conduction path between the semiconductor layer and the drain electrode, and the n-type conductive layer is selected The n-type impurity is ion-implanted by activating the n-type impurity by annealing, and the n-type conductive layer is implanted by accelerating ions with a first acceleration energy of 10 keV or more and less than 200 keV. In combination with the first ion implantation in which the implanted ions reach deeper, the ions are implanted with the second acceleration energy of 200 keV or more, and the implanted ions reach the second semiconductor layer deeper than the p-type nitride semiconductor layer. The connection between the n-type conductive layer and the channel region where the n-type impurity is not implanted is selectively formed by the second ion implantation, and the second ion implantation is not performed, and only the first ion implantation is performed. Performing, but, at the connecting portion, the n-type impurity concentration to be injected either 1 × 10 20 cm -3 or more, or to the n-type impurity concentration of ionized and 1 × 10 19 cm -3 or higher, the Features.
本発明の第四のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法は、キャリアであるゲート電極下の電子の走行方向が基板表面に略平行である窒化物半導体電界効果トランジスタであり、ゲート絶縁膜を介するなどしてゲート電極と接する第一半導体層と、ドレイン電極と導通する第二半導体層またはドレイン電極とが、p型窒化物半導体層を挟んで相対しており、p型窒化物半導体層とソース電極またはゲート電極との間に、少なくともキャリア走行層とキャリア走行層より電子親和力の小さい第三半導体層とが位置しており、少なくとも半導体層のヘテロ接合界面の一つにおいて二次元電子ガスが形成されており、これをチャネルとするヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法であって、ゲート電極に対してソース電極の反対側に、ゲート絶縁膜を介するなどしてゲート電極と接する第一半導体層と、ドレイン電極と導通された半導体層の間で導通経路を形成するn型導電層と、を形成し、そのn型導電層は選択的にイオン注入されたn型不純物をアニール処理で活性化することにより形成し、そのn型導電層は、イオン注入領域と側面および底面が接するトレンチ構造を形成し、n型導電層は、注入イオンの投影飛程Di(μm)がトレンチ深さDt(μm)より長くなるような加速エネルギーのイオン注入で形成し(Di>Dt)、かつ、p型窒化物半導体層より深く第二半導体層にまで注入イオンを達せさせ、n型導電層とn型不純物が注入されないチャネル領域との接続部に注入するn型不純物濃度を1×1018cm−3以下とすること、を特徴とする。 The fourth method for manufacturing a heterojunction field effect transistor according to the present invention is a nitride semiconductor field effect transistor in which the traveling direction of electrons under the gate electrode serving as a carrier is substantially parallel to the substrate surface, and the like through a gate insulating film. The first semiconductor layer that is in contact with the gate electrode and the second semiconductor layer or drain electrode that is electrically connected to the drain electrode are opposed to each other with the p-type nitride semiconductor layer interposed therebetween, and the p-type nitride semiconductor layer and the source electrode Alternatively, at least a carrier traveling layer and a third semiconductor layer having a lower electron affinity than the carrier traveling layer are located between the gate electrode and a two-dimensional electron gas is formed at least at one of the heterojunction interfaces of the semiconductor layer. A method of manufacturing a heterojunction field effect transistor using this as a channel, wherein a gate electrode is connected to the opposite side of the source electrode to the gate electrode. Forming a first semiconductor layer in contact with the gate electrode through an insulating film and the like, and an n-type conductive layer forming a conduction path between the semiconductor layer and the drain electrode, and the n-type conductive layer is selected The n-type impurity layer is formed by activating the ion-implanted n-type impurity by annealing, and the n-type conductive layer forms a trench structure in which the ion-implanted region is in contact with the side surface and the bottom surface. The second semiconductor layer is formed by ion implantation with acceleration energy such that the projected range Di (μm) of ions is longer than the trench depth Dt (μm) (Di> Dt) and deeper than the p-type nitride semiconductor layer The concentration of the n-type impurity implanted into the connection portion between the n-type conductive layer and the channel region into which the n-type impurity is not implanted is 1 × 10 18 cm −3 or less.
本発明の第五のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法は、キャリアであるゲート電極下の電子の走行方向が基板表面に略平行である窒化物半導体電界効果トランジスタであり、ゲート絶縁膜を介するなどしてゲート電極と接する第一半導体層と、ドレイン電極と導通する第二半導体層またはドレイン電極とが、p型窒化物半導体層を挟んで相対しており、p型窒化物半導体層とソース電極またはゲート電極との間に、少なくともキャリア走行層とキャリア走行層より電子親和力の小さい第三半導体層とが位置しており、少なくとも半導体層のヘテロ接合界面の一つにおいて二次元電子ガスが形成されており、これをチャネルとするヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法であって、ゲート電極に対してソース電極の反対側に、ゲート絶縁膜を介するなどしてゲート電極と接する第一半導体層と、ドレイン電極と導通された半導体層の間で導通経路を形成するn型導電層と、を形成し、そのn型導電層は選択的にイオン注入されたn型不純物をアニール処理で活性化することにより形成し、そのn型導電層は、イオン注入領域と側面および底面が接するトレンチ構造を形成し、n型導電層は、注入イオンの投影飛程Di(μm)がトレンチ深さDt(μm)より長くなるような加速エネルギーのイオン注入で形成し(Di>Dt)、かつ、p型窒化物半導体層より深く第二半導体層にまで注入イオンを達せさせ、n型導電層とn型不純物が注入されないチャネル領域との接続部において、注入するn型不純物濃度を1×1020cm−3以上とするか、または、イオン化するn型不純物濃度を1×1019cm−3以上とすること、を特徴とする。 The fifth method for producing a heterojunction field effect transistor of the present invention is a nitride semiconductor field effect transistor in which the traveling direction of electrons under a gate electrode serving as a carrier is substantially parallel to the substrate surface, via a gate insulating film, etc. The first semiconductor layer that is in contact with the gate electrode and the second semiconductor layer or drain electrode that is electrically connected to the drain electrode are opposed to each other with the p-type nitride semiconductor layer interposed therebetween, and the p-type nitride semiconductor layer and the source electrode Alternatively, at least a carrier traveling layer and a third semiconductor layer having a lower electron affinity than the carrier traveling layer are located between the gate electrode and a two-dimensional electron gas is formed at least at one of the heterojunction interfaces of the semiconductor layer. A method of manufacturing a heterojunction field effect transistor using this as a channel, wherein a gate electrode is connected to the opposite side of the source electrode to the gate electrode. Forming a first semiconductor layer in contact with the gate electrode through an insulating film and the like, and an n-type conductive layer forming a conduction path between the semiconductor layer and the drain electrode, and the n-type conductive layer is selected The n-type impurity layer is formed by activating the ion-implanted n-type impurity by annealing, and the n-type conductive layer forms a trench structure in which the ion-implanted region is in contact with the side surface and the bottom surface. The second semiconductor layer is formed by ion implantation with acceleration energy such that the projected range Di (μm) of ions is longer than the trench depth Dt (μm) (Di> Dt) and deeper than the p-type nitride semiconductor layer In the connection portion between the n-type conductive layer and the channel region into which no n-type impurity is implanted, the concentration of the implanted n-type impurity is set to 1 × 10 20 cm −3 or higher, or ionization is performed. n-type Pure things concentration be 1 × 10 19 cm -3 or more, and the.
本発明の第六のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法は、キャリアであるゲート電極下の電子の走行方向が基板表面に略平行である窒化物半導体電界効果トランジスタであり、ゲート絶縁膜を介するなどしてゲート電極と接する第一半導体層と、ドレイン電極と導通する第二半導体層またはドレイン電極とが、p型窒化物半導体層を挟んで相対しており、p型窒化物半導体層とソース電極またはゲート電極との間に、少なくともキャリア走行層とキャリア走行層より電子親和力の小さい第三半導体層とが位置しており、少なくとも半導体層のヘテロ接合界面の一つにおいて二次元電子ガスが形成されており、これをチャネルとするヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法であって、ゲート電極に対してソース電極の反対側に、ゲート絶縁膜を介するなどしてゲート電極と接する第一半導体層と、ドレイン電極と導通された半導体層の間で導通経路を形成するn型導電層と、を形成し、そのn型導電層は選択的にイオン注入されたn型不純物をアニール処理で活性化することにより形成し、そのn型導電層は、イオン注入領域と側面および底面が接するトレンチ構造を形成し、n型導電層は、イオンを第一の加速エネルギーで加速して注入し、半導体へテロ界面より深く注入イオンが達する第一のイオン注入と、併せて、イオンを第二の加速エネルギーで注入し、p型窒化物半導体層より深く、かつ第二半導体層にまで注入イオンが達する第二のイオン注入によって選択的に形成し、第一および第二のイオン注入領域は互いにオーバーラップさせ、n型導電層とn型不純物が注入されないチャネル領域との接続部において、注入するn型不純物濃度を1×1020cm−3以上とするか、または、イオン化するn型不純物濃度を1×1019cm−3以上とし、接続部とイオン注入領域を介してドレイン電極と導通された半導体層との間にn+導通経路を形成すること、を特徴とする。 The sixth method for producing a heterojunction field effect transistor according to the present invention is a nitride semiconductor field effect transistor in which the traveling direction of electrons under a gate electrode serving as a carrier is substantially parallel to the substrate surface, and the like through a gate insulating film. The first semiconductor layer that is in contact with the gate electrode and the second semiconductor layer or drain electrode that is electrically connected to the drain electrode are opposed to each other with the p-type nitride semiconductor layer interposed therebetween, and the p-type nitride semiconductor layer and the source electrode Alternatively, at least a carrier traveling layer and a third semiconductor layer having a lower electron affinity than the carrier traveling layer are located between the gate electrode and a two-dimensional electron gas is formed at least at one of the heterojunction interfaces of the semiconductor layer. A method of manufacturing a heterojunction field effect transistor using this as a channel, wherein a gate electrode is connected to the opposite side of the source electrode to the gate electrode. Forming a first semiconductor layer in contact with the gate electrode through an insulating film and the like, and an n-type conductive layer forming a conduction path between the semiconductor layer and the drain electrode, and the n-type conductive layer is selected The n-type impurity is ion-implanted and activated by annealing, and the n-type conductive layer forms a trench structure in which the ion-implanted region is in contact with the side and bottom surfaces. In addition to the first ion implantation in which ions are implanted deeper than the semiconductor heterointerface, ions are implanted with the second acceleration energy, and the p-type nitride semiconductor layer is implanted. The n-type conductive layer and the n-type impurity are selectively formed by a second ion implantation that is deeper and the implanted ions reach the second semiconductor layer, and the first and second ion implantation regions overlap each other. In connection portion of the implanted without the channel region, the n-type impurity concentration to be injected either 1 × 10 20 cm -3 or more, or, the n-type impurity concentration of ionized and 1 × 10 19 cm -3 or more, the connecting portion And an n + conduction path is formed between the drain electrode and the semiconductor layer conducted through the ion implantation region.
また、本発明の各種の構成要素は、必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等でもよい。 The various components of the present invention do not necessarily have to be independent of each other. A plurality of components are formed as a single member, and a single component is formed of a plurality of members. It may be that a certain component is a part of another component, a part of a certain component overlaps with a part of another component, or the like.
また、本発明の製造方法は、複数の製造工程を順番に記載してあるが、その記載の順番は複数の製造工程を実行する順番を限定するものではない。このため、本発明の製造方法を実施するときには、その複数の製造工程の順番は内容的に支障しない範囲で変更することができる。 Moreover, although the manufacturing method of this invention has described several manufacturing process in order, the order of the description does not limit the order which performs several manufacturing process. For this reason, when implementing the manufacturing method of this invention, the order of the some manufacturing process can be changed in the range which does not interfere in content.
さらに、本発明の製造方法は、複数の製造工程が個々に相違するタイミングで実行されることに限定されない。このため、ある製造工程の実行中に他の製造工程が発生すること、ある製造工程の実行タイミングと他の製造工程の実行タイミングとの一部ないし全部が重複していること、等でもよい。 Furthermore, the manufacturing method of the present invention is not limited to being executed at a timing when a plurality of manufacturing steps are individually different. For this reason, another manufacturing process may occur during the execution of a certain manufacturing process, or a part or all of the execution timing of a certain manufacturing process and the execution timing of another manufacturing process may overlap.
本発明のヘテロ接合電界効果トランジスタでは、二次元電子ガス利用による良好な高周波特性と低いオン抵抗を維持できる。また、一般に、耐圧はソース電極直下のp-型電子障壁層を介した電流経路の耐圧と電子伝導層を介した電流経路の耐圧によって決まる。 The heterojunction field effect transistor of the present invention can maintain good high frequency characteristics and low on-resistance by using a two-dimensional electron gas. In general, the breakdown voltage is determined by the breakdown voltage of the current path through the p-type electron barrier layer directly under the source electrode and the breakdown voltage of the current path through the electron conduction layer.
まず、ソース電極直下のp-型電子障壁層を介した電流経路の耐圧はパンチスルーを抑制する電界緩和層とp-型電子障壁層に依存し、高耐圧化を図れるが、さらにこの基本構造に加えて、電界緩和層を設ければ、Al組成比が基板側から表面側へ徐々に低くなるように変化していることから、ピエゾ(piezo)効果および自発分極効果により伝導帯が(荷電子帯も)p-型ドープしたように真空準位に向かって凸になるように曲がるため、さらにパンチスルーしにくくでき、更なる高耐圧化が図れる。 First, the withstand voltage of the current path via the p-type electron barrier layer directly under the source electrode depends on the electric field relaxation layer and the p-type electron barrier layer that suppress punch-through. In addition, if the electric field relaxation layer is provided, the Al composition ratio changes so as to gradually decrease from the substrate side to the surface side, so that the conduction band (load) is caused by the piezo effect and the spontaneous polarization effect. Since the electron band also bends so as to be convex toward the vacuum level as if it was p-type doped, punch-through can be made more difficult and a higher breakdown voltage can be achieved.
また、電子伝導層を介した絶縁破壊電圧は基本的にはドリフト層(電界緩和層を設けた場合にはドリフト層と電界緩和層と)で決まるが、表面(界面)の影響が無いため電界分布が均一となり、絶縁破壊耐圧のバルク値(3MV/cm)まで高耐圧化が期待でき、小さなチップサイズでも高耐圧化が実現できる。さらに、ゲート電極を介してソース電極の反対側の庇長が長くなるようにしたことから、ゲート電極近傍の電界集中も緩和することができる。 In addition, the breakdown voltage via the electron conduction layer is basically determined by the drift layer (if the electric field relaxation layer is provided, the drift layer and the electric field relaxation layer). The distribution is uniform and high breakdown voltage can be expected up to the bulk breakdown voltage (3MV / cm), and high breakdown voltage can be achieved even with a small chip size. Further, since the length of the rib on the opposite side of the source electrode is increased through the gate electrode, the electric field concentration in the vicinity of the gate electrode can be reduced.
本発明の構造では、電子伝導接続領域(チャネル・ドレイン接続領域)の形成方法としては、イオン注入されたシリコン(Si)などのn型不純物をアニール処理で活性化することにより形成する。 In the structure of the present invention, an electron conduction connection region (channel / drain connection region) is formed by activating an n-type impurity such as ion-implanted silicon (Si) by annealing.
活性化アニール処理は、アニールに供されるエピタキシャル多層膜試料全体を被覆するアニール保護膜(スルー膜)が形成された後に、1100℃以上1300℃未満の範囲内の温度下で実行される。 The activation annealing treatment is performed at a temperature within a range of 1100 ° C. or more and less than 1300 ° C. after an annealing protective film (through film) that covers the entire epitaxial multilayer film sample to be annealed is formed.
かくして形成されたn型導電層とn型不純物が注入されないチャネル領域との接続部における接続抵抗は、前述したように現在に至るまで課題であったが、本発明では、ほぼゼロまたはデバイス動作に支障のない低いレベルに低減できるよう選択されたイオン注入条件を活用する。その条件は、実施の形態の章で後述するように、本発明に至るまでの実験的検討によって明らかになったものである。その条件とは、次の二条件のいずれかである。 The connection resistance at the connection portion between the n-type conductive layer thus formed and the channel region into which no n-type impurity is implanted has been a problem until now, as described above. Utilize selected ion implantation conditions that can be reduced to a low level without hindrance. The condition has been clarified through experimental investigations up to the present invention, as will be described later in the section of the embodiment. The condition is one of the following two conditions.
第一には、n型導電層とn型不純物が注入されないチャネル領域との接続部に注入されたn型不純物濃度が1×1018cm−3以下であることである。そもそもこの注入条件では、n型導電層とn型不純物が注入されないチャネル領域との接続部において、注入されたn型不純物濃度の絶対量が少なく、接続抵抗がほとんど増大することがない。 First, the concentration of the n-type impurity implanted into the connection portion between the n-type conductive layer and the channel region into which no n-type impurity is implanted is 1 × 10 18 cm −3 or less. In the first place, under this implantation condition, the absolute amount of the implanted n-type impurity concentration is small and the connection resistance hardly increases at the connection portion between the n-type conductive layer and the channel region where the n-type impurity is not implanted.
第二には、n型導電層とn型不純物が注入されないチャネル領域との接続部において、注入されたn型不純物濃度が1×1020cm−3以上であるか、または、デバイス動作温度(通常室温:5℃以上35℃以下)においてイオン化したn型不純物濃度が1×1019cm−3以上であることである。 Second, the concentration of the implanted n-type impurity is 1 × 10 20 cm −3 or more at the connection portion between the n-type conductive layer and the channel region into which no n-type impurity is implanted, or the device operating temperature ( In general, the ionized n-type impurity concentration at room temperature: 5 ° C. or more and 35 ° C. or less is 1 × 10 19 cm −3 or more.
2DEG-n型導電層の該接続部のn型導電層において、イオン化不純物濃度が少なくとも1019cm−3以上(望ましくは3×1019cm−3以上)に達すると、不純物原子の原子間隔が縮まることによって、半導体中において伝導帯の電子状態に縮退が生じ、伝導帯下端エネルギーレベルがフェルミ・レベルより低下する。 When the ionized impurity concentration reaches at least 10 19 cm −3 or more (preferably 3 × 10 19 cm −3 or more) in the n-type conductive layer of the connection portion of the 2DEG-n type conductive layer, the atomic spacing of the impurity atoms is reduced. By shrinking, the electronic state of the conduction band is degenerated in the semiconductor, and the lower energy level of the conduction band is lower than the Fermi level.
かくなるメカニズムを用いることによって、本発明者は実験によって該ポテンシャル障壁を含めて接続部の伝導帯ポテンシャルが低減され、接続抵抗がほぼゼロまたはデバイス動作に支障のない低いレベルになることを見いだした。 By using a stiffening mechanism, the inventor has experimentally found that the conduction band potential of the connection including the potential barrier is reduced, and that the connection resistance is almost zero or a low level that does not hinder device operation. .
本発明の実施の一形態を図面を参照して以下に説明する。ただし、本実施の形態に関して前述した一従来例と同一の部分は、同一の名称を使用して詳細な説明は省略する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the same portions as those of the conventional example described above with respect to the present embodiment are denoted by the same names, and detailed description thereof is omitted.
本実施の形態のヘテロ接合電界効果トランジスタは、図1に示すように、キャリアであるゲート電極112下の電子の走行方向が基板101表面に略平行である窒化物半導体電界効果トランジスタである。
As shown in FIG. 1, the heterojunction field effect transistor according to the present embodiment is a nitride semiconductor field effect transistor in which the traveling direction of electrons under the
ゲート絶縁膜111を介するなどしてゲート電極112と接する半導体層と、ドレイン電極114と導通する半導体層またはドレイン電極114とが、p型窒化物半導体層であるp型電子障壁層105を挟んで相対している。
A semiconductor layer that is in contact with the
p型電子障壁層105とソース電極109またはゲート電極112との間に、少なくともキャリア走行層とキャリア走行層より電子親和力の小さい第三半導体層とが位置している。
Between the p-type
本実施の形態のヘテロ接合電界効果トランジスタは、少なくとも半導体層のヘテロ接合界面(106/107界面)の一つにおいて二次元電子ガスが形成されており、これをチャネルとする。 In the heterojunction field effect transistor of this embodiment, a two-dimensional electron gas is formed at least at one of the heterojunction interfaces (106/107 interface) of the semiconductor layer, and this is used as a channel.
ただし、本実施の形態のヘテロ接合電界効果トランジスタは、ゲート電極112に対してソース電極109の反対側に、ゲート絶縁膜111を介するなどしてゲート電極112と接する半導体層と、ドレイン電極114と導通された半導体層の間で導通経路を形成するn型導電層と、を備えている。そのn型導電層は選択的にイオン注入されているシリコン(Si)などのn型不純物をアニール処理で活性化することにより形成されている。
However, the heterojunction field effect transistor of this embodiment includes a semiconductor layer in contact with the
さらに、n型導電層は、イオンが200keV以上の加速エネルギーで注入されており、p型窒化物半導体層より深く、かつドレイン電極114と導通する半導体層にまで注入イオンが達する選択的イオン注入によって形成されている。n型導電層とn型不純物が注入されていないチャネル領域との接続部115に注入されているn型不純物濃度が1×1018cm−3以下である。
Further, in the n-type conductive layer, ions are implanted with an acceleration energy of 200 keV or more, and by selective ion implantation in which the implanted ions reach a semiconductor layer deeper than the p-type nitride semiconductor layer and conductive with the
より具体的には、図2に示すように、本実施の形態のヘテロ接合電界効果トランジスタでは、ゲート電極112がショットキー接合の場合、ゲート電極112と接する、またはゲートがMIS構造の場合、ゲート絶縁膜111を介してゲート電極112と接する半導体層である電子供給層107と、ドレイン電極114と接する半導体層である高濃度のn型コレクター層102またはドレイン電極114を、p型電子障壁層105を挟んで相対する位置に配置する。
More specifically, as shown in FIG. 2, in the heterojunction field effect transistor of the present embodiment, when the
そして、ゲート電極112に対してソース電極109の反対側に、上記ゲート電極112と接する電子供給層107と、またはゲートがMIS構造の場合、ゲート絶縁膜111を介してゲート電極112と接する電子供給層107と、ドレイン電極114と接するn型コレクター層102間で電子を流すための電子伝導領域(チャネル・ドレイン接続領域)108を備えることが必要となってくる。
Then, the
電子伝導領域(チャネル・ドレイン接続領域)108の形成方法としては、該当する領域の半導体層を一旦除去してトレンチ構造を形成してから、電子伝導領域(チャネル・ドレイン接続領域)108にアモルファスまたは多結晶の珪素を積層後、熱処理により珪素が半導体中に拡散した領域を備える、または、電子伝導領域(チャネル・ドレイン接続領域)108に直接または隣接して金属を配する、または、電子伝導領域(チャネル・ドレイン接続領域)108に金属を積層後、熱処理により金属と半導体が相互反応した領域を備えるなどの方法があるが、これらの方法では、トレンチ構造はその底面が、少なくともチャネルを形成している半導体ヘテロ接合面(106/107界面)より深くなるよう形成する必要がある。
As a method of forming the electron conduction region (channel / drain connection region) 108, the semiconductor layer in the corresponding region is temporarily removed to form a trench structure, and then the electron conduction region (channel / drain connection region) 108 is amorphous or After stacking polycrystalline silicon, a region in which silicon is diffused in the semiconductor by heat treatment is provided, or a metal is disposed directly or adjacent to the electron conduction region (channel / drain connection region) 108, or the electron conduction region (Channel / drain connection region) There is a method of providing a region where a metal and a semiconductor interact with each other by heat treatment after a metal is stacked on the channel /
実際にトレンチ構造をドライエッチングなどの方法で形成すると、そのエッチング・ダメージによって、ヘテロ接合界面(106/107界面)は、トレンチ構造付近においては原子配列が乱れ、トレンチ構造付近においては、ヘテロ接合界面(106/107界面)のチャネルとしての特性が劣化してしまい、素子のオン抵抗やアクセス抵抗が増大、またはその値が大きくばらつく場合があることがわかった。 When the trench structure is actually formed by a method such as dry etching, the heterojunction interface (106/107 interface) is disordered in the vicinity of the trench structure due to the etching damage, and the heterojunction interface near the trench structure. It has been found that the channel characteristics of the (106/107 interface) deteriorate, and the on-resistance and access resistance of the element increase or their values may vary greatly.
上記のダメージの問題を解決するには、電子伝導領域(チャネル・ドレイン接続領域)108の形成方法としては、半導体ヘテロ接合界面(106/107界面)に至るまでの深いトレンチ構造を形成しないことは有効な解決の手段の一つである。 In order to solve the above-mentioned damage problem, as a method of forming the electron conduction region (channel / drain connection region) 108, it is not necessary to form a deep trench structure extending to the semiconductor heterojunction interface (106/107 interface). This is one of the effective solutions.
そして電子伝導領域(チャネル・ドレイン接続領域)108は、不純物を加速器によるイオン打ち込みの手段で注入し、熱処理によって不純物を活性化させることで形成することが有効であり、本実施の形態のデバイスの基本構造を形成している(図2)。 It is effective to form the electron conduction region (channel / drain connection region) 108 by implanting impurities by means of ion implantation using an accelerator and activating the impurities by heat treatment. A basic structure is formed (FIG. 2).
上記イオン注入の手段によって電子伝導領域(チャネル・ドレイン接続領域)108を形成する方法は、本縦型トランジスタの特性の向上または安定化に寄与するだけでなく、製造工程の単純化、工程数の削減にもつながり、さらには、素子面積の縮小(すなわち素子密度の向上)という縦型構造のメリットをも引き出すものであり、今後の活用が望まれる。 The method of forming the electron conduction region (channel / drain connection region) 108 by the ion implantation means not only contributes to the improvement or stabilization of the characteristics of the vertical transistor, but also simplifies the manufacturing process and increases the number of steps. This also leads to a reduction, and further draws out the merit of the vertical structure such as the reduction of the element area (that is, the improvement of the element density), and future utilization is desired.
しかし、本発明者は通常の注入条件によるイオン注入では、28Siなどのイオン注入によって形成されたn型導電層からなる電子伝導領域108は、半導体ヘテロ接合界面2DEG領域(106/107界面)との接続部115においてデバイス動作上無視できぬ大きさの不要な接続抵抗成分をもち、この接続抵抗が、素子のオン抵抗やアクセス抵抗を増大させることを後述するように実験的に明らかにした。
However, according to the present inventor, in the ion implantation under the normal implantation conditions, the
さらに、注入用トレンチ溝を形成しない平面構造のデバイス構造では、イオン注入の手段によって形成されるn型導電層からなる電子伝導領域(チャネル・ドレイン接続領域)108の深さは、一般に従来の横型デバイスの場合に比較してかなり深いことが必要である。 Furthermore, in a planar device structure in which no trench for implantation is formed, the depth of the electron conduction region (channel / drain connection region) 108 made of an n-type conductive layer formed by means of ion implantation is generally the conventional lateral type. It needs to be much deeper than in the case of devices.
従って、注入イオンの加速エネルギーは従来(通常100keV前後)よりも大きく、典型的には200keV以上の必要があり、これもn型導電層と半導体ヘテロ接合界面(106/107界面)2DEG領域との接続部115における原子配列をより乱す方向に働き、接続部115における接続抵抗を増大させる、またはその値をばらつかせる原因となる危険性がある。
Therefore, the acceleration energy of the implanted ions is larger than the conventional (usually around 100 keV) and typically needs to be 200 keV or more, which is also the difference between the n-type conductive layer and the semiconductor heterojunction interface (106/107 interface) 2DEG region. There is a risk that the atomic arrangement in the
そこで、本実施の形態の電界効果トランジスタは、図1に示すように、GaN系半導体をガリウム面またはアルミ面成長でエピタキシャル成長させるための基板101上に、第一のGaN系半導体からなる高濃度のn型コレクター層102、第二のGaN系半導体からなるドリフト層103、オプションであるが第三のGaN系半導体からなり負の分極電荷が生成される電界緩和層104、第四のGaN系半導体からなるp型電子障壁層105、第五のGaN系半導体層からなる電子走行層106、第六のGaN系半導体層からなる電子供給層107を形成する。
Therefore, as shown in FIG. 1, the field effect transistor of the present embodiment has a high concentration of the first GaN-based semiconductor on the
電子供給層107の上部に電極とのコンタクトを安定にするなどの目的のためにキャップ層116を形成してもよい。その後、ゲート電極112を介してソース電極109の反対側に相当する部分に第一および第二のイオン注入によってn型導電層からなる電子伝導領域108A,108Bを形成する(図3)。
A
第一のイオン注入を施した後、イオン注入用トレンチ117(図4)を形成し、その後、第二のイオン注入を施してもよい。ソース電極109を形成した後、第一の絶縁膜110をマスクに電子供給層107の一部を除去しリセス構造を形成する。
After the first ion implantation, the ion implantation trench 117 (FIG. 4) may be formed, and then the second ion implantation may be performed. After the
つぎにゲート絶縁膜111を成膜し、リセス領域を埋め込み、かつソース側庇長よりもゲート電極112を介してソース電極109の反対側の庇長が長くなるようにゲート電極112を形成した後、保護膜113を形成する。
Next, after forming the
基板101を所望の厚さにした後、ドレイン電極114を形成することで電界効果トランジスタが作成される。基板101がサファイヤやSiCに代表されるように絶縁性が高く、かつ、かなり厚みの有る場合には、基板101を貫通してドレイン電極114を形成することが一般に難しい。
After the
そのような場合には、デバイスのおもて面からトレンチ溝(通称:ドレインメサ)をドリフト層103に達するまで堀り込み、その底面にドレイン電極114を形成する方法がデバイス・プロセス上容易である。
In such a case, it is easy in the device process to dig a trench groove (common name: drain mesa) from the front surface of the device until it reaches the
または、もともとの基板101の厚みが厚く、ドレイン電極114に到達する電子伝導領域108を形成しにくい場合には、「スマートカット」(特願2008-519736「第III族窒化物エンハンスメント型デバイス」、インターナショナル・レクティファイアー・コーポレーション、USA)と呼ばれる方法で、基板またはバッファ層部分でウエハから基板部分をカットかつ除去し、ウエハの残りの上層部分の裏面にさらに"SopSiC"(V.Hoel et al., First microwave power performance of AlGaN/GaN HEMTs on SopSiC composite substrate, Electronics Letters, Vol. 44, Issue 3, pp. 238 - 239, January 2008.)と呼ばれるウエハの貼り付け技術を用いて、新たな薄めの基板を貼り合わせる方法を活用すれば、ドレイン電極114やそれに到達する電子伝導領域108もより形成しやすくなる。
Alternatively, when the
本実施の形態の構造では、ソースから入った電子はi−GaNチャネル層中を水平方向に流れた後、イオン注入により形成したn型伝導領域を介してn−GaNドリフト層103内を垂直方向に流れ、ドレイン電極114に到達する。チャネル電流はデバイス表面側に設置したゲート電極112の電位により制御する。
In the structure of the present embodiment, electrons entering from the source flow in the i-GaN channel layer in the horizontal direction, and then in the n-
p−GaN層はチャネル−ドレイン間の漏洩電流をブロックするためのバリア層として機能する。このような素子のドレイン耐圧は主にn−GaNドリフト層103の厚さで決まる。
The p- GaN layer functions as a barrier layer for blocking leakage current between the channel and the drain. The drain breakdown voltage of such an element is mainly determined by the thickness of the n-
このため、チップ面積の増加なしに耐圧改善ができるという長所がある。ドレイン電極114を裏面に形成する場合は、ドレイン電極114によるチップ面積増加がない。ドレインメサを形成して表側に電極をとる場合にも、横型FETのようにデバイス真性領域にドレイン電極114を形成する必要がないため、チップ面積の増加が抑制される。
For this reason, there is an advantage that the breakdown voltage can be improved without increasing the chip area. When the
また、n−GaNドリフト層103内で電界集中が発生しにくいため、破壊耐圧(BV)改善が容易である。さらに、二次元電子ガス(2DEG)として半導体ヘテロ接合界面(106/107界面)に生成する2DEGを用いているため、チャネルの電子移動度が高いこともオン抵抗(Ron)改善に寄与する。以上のような原理により、縦型ヘテロ接合FETではオン抵抗対破壊耐圧(Ron−BV)トレードオフの改善が期待できる。
In addition, since electric field concentration hardly occurs in the n-
本実施の形態の基板101としては、例えば、GaN、InN、AlNおよび上記3種のGaN系半導体の混合物等がある。基板101にはn型不純物として、例えば、Si、S、Se、Oなどを添加することが好ましい。
Examples of the
また、第一のGaN系半導体であるn型コレクター層102としては、例えば、GaN、InN、AlNおよび上記3種のGaN系半導体の混合物等がある。ただし、基板101が十分に低抵抗であれば省略することができる。また、第一のGaN系半導体中にはn型不純物として、例えば、Si、S、Se、Oなどを高濃度に添加することが好ましい。
Examples of the n-
また、第二のGaN系半導体からなるドリフト層103としては、例えば、GaN、InN、AlNおよび上記3種のGaN系半導体の混合物等がある。また、第二のGaN系半導体中にはn型不純物として、例えば、Si、S、Se、Oなどを添加することが好ましい。
Examples of the
また、第三のGaN系半導体からなる電界緩和層104としては、例えば、GaN、InN、AlNおよび上記3種のGaN系半導体の混合物等がある。ただし、第三のGaN系半導体は負の分極電荷が生成される組成である。
The electric
このため、Ga面がソース電極109側、N面が基板101側である場合、基板101側からソース電極109側にかけて、Al組成比を低くする、またはIn組成比を高くする、またはAl組成比を低くし、かつ、In組成比を高くする必要がある。また、第三のGaN系半導体中にはn型不純物として、例えば、Si、S、Se、Oなどを添加することが好ましい。
Therefore, when the Ga surface is on the
また、第四のGaN系半導体からなるp型電子障壁層105としては、例えば、GaN、InN、AlNおよび上記3種のGaN系半導体の混合物等がある。また、第四のGaN系半導体中にはp型不純物として、例えば、Be、C、Mgなどを高濃度に添加することが好ましい。
The p-type
また、第五のGaN系半導体からなる電子走行層106としては、例えば、GaN、InN、AlNおよび上記3種のGaN系半導体の混合物等がある。また、第五のGaN系半導体中にn型不純物として、例えば、Si、S、Se、Oなど、p型不純物として、例えば、Be、C、Mgなどを添加することも可能である。ただし、第五のGaN系半導体中の不純物濃度が高くなるとクーロン散乱の影響により電子の移動度が低下するため、不純物濃度は1×1017cm−3以下が望ましい。
Examples of the
また、第六のGaN系半導体からなる電子供給層107としては、例えば、GaN、InN、AlNおよび上記3種のGaN系半導体の混合物等がある。ただし、本実施の形態の実施の形態では第五のGaN系半導体より電子親和力は小さい物質または組成である。また、第六のGaN系半導体中にn型不純物として、例えば、Si、S、Se、Oなど、p型不純物として、例えば、Be、C、Mgなどを添加することも可能である。
Examples of the
また、第七のGaN系半導体であるキャップ層116としては、電子供給層107の材料より電子親和力(バンドギャップの小さい)の大きいGaN系材料であれば、キャップ層として有効である。
The
また、第一の絶縁膜110としてはSi、Mg、Hf、Al、Ti、Taのいずれか1以上とO、Nのいずれか1以上からなる物質がある。
The first
また、ゲート絶縁膜111としてはSi、Mg、Hf、Al、Ti、Taのいずれか1以上とO、Nのいずれか1以上からなる物質がある。
The
また、保護膜113してはSi、Mg、Hf、Al、Ti、Taのいずれか1以上とO、Nのいずれか1以上からなる物質、または有機材料がある。
Further, as the
本実施の形態の縦型トランジスタのイオン注入条件を決定するのは、縦型構造を形成するエピタキシャル層の膜厚であるので、つぎにエピタキシャル層の膜厚について考察する。まず、GaN電子走行層106については、バイアス条件によっては、その裏のp型電子障壁層105から空乏層が進入してくる。それに伴って、チャネルのキャリアが枯渇する恐れがある。それを避けるため、GaN電子走行層106の厚さは0.1μm以上が必要である。
Since it is the film thickness of the epitaxial layer that forms the vertical structure that determines the ion implantation conditions of the vertical transistor of this embodiment, the film thickness of the epitaxial layer will be considered next. First, with respect to the GaN
また、本実施の形態の構造では、素子のドレイン耐圧は主にn−GaNのドリフト層103の厚さで決まる。コレクターにおいて1000V以上のアバランシェ耐圧(これがコレクター耐圧となる)を実現するには、概算では、n−GaNドリフト層103の不純物濃度を1×1016cm−3程度以下とし、膜厚を約4μm以上に設定する必要がある。
In the structure of the present embodiment, the drain breakdown voltage of the element is mainly determined by the thickness of the n-
さらに、p−GaNからなるp型電子障壁層105とn−ドリフト層103におけるパンチスルー耐圧が、上記のドリフト層103におけるアバランシェ耐圧を超えるようにするためには、p型電子障壁層105の(不純物濃度×膜厚)積を1.8×1013cm−2以上にする必要がある。
Further, in order for the punch-through breakdown voltage in the p-type
現状の技術ではp型のイオン化不純物濃度を1E18/cm3以上にはしにくいので、p−GaNからなるp型電子障壁層105の厚さは、これから概算すると少なくとも0.018μm以上必要であることになる。
Since the current technology makes it difficult to increase the p-type ionized impurity concentration to 1E18 / cm 3 or more, the thickness of the p-type
以上で考察したように、GaN電子走行層106、p−GaNからなるp型電子障壁層105、およびn−型のドリフト層103だけをとって考察してみても、本実施の形態のような縦型構造のトランジスタでは、横型構造のトランジスタに比較してエピタキシャル層厚がかなり厚くなることが分かる。
As discussed above, even if only the GaN
従って、注入用のトレンチ溝を形成しない構造を採用する場合には、n型の電子伝導領域108の形成のためのイオン注入としては、少なくともGaN電子走行層106およびp−GaNからなるp型電子障壁層105の厚さの和以上の深さにまで注入イオンが到達する必要があり、200keV以上の比較的高い加速エネルギーによる深部イオン注入による電子伝導領域108Bが必要である。
Therefore, in the case of adopting a structure in which no trench for implantation is formed, as ion implantation for forming the n-type
また、チャネルとn型の電子伝導領域108との接続部115を低抵抗に確保するために、10keV以上200keV未満の比較的低い加速エネルギーによる表面イオン注入による電子伝導領域108Aを併用することが望ましいことが理解される。
Further, in order to secure a low resistance in the
つぎに、イオン注入の条件を最適化について記述する。イオン注入の好適な条件を選択するための検討に供した多層エピタキシャル膜は、代表的な構造であって、AlGaN/GaNヘテロ接合構造を有している。図6は、この素子のエピ構造を概略的に示す図であり、図7は、図6に示したエピ構造のバンド構造の計算結果を示すグラフである。 Next, optimization of ion implantation conditions will be described. The multilayer epitaxial film used for the examination for selecting suitable conditions for ion implantation is a typical structure, and has an AlGaN / GaN heterojunction structure. FIG. 6 is a diagram schematically showing the epi structure of this element, and FIG. 7 is a graph showing the calculation result of the band structure of the epi structure shown in FIG.
キャリア統計に関しては、2DEGには二次元量子統計を、バルク電子と正孔にはフェルミ・ディラク(Fermi-Dirac)統計を採用した。不純物(ドナー、アクセプタ)は完全イオン化を仮定した。分極効果に関してはアンバチャー(Ambacher)のモデルを採用し、分極電荷は固定電荷として導入した。 Regarding carrier statistics, 2D quantum statistics were adopted for 2DEG, and Fermi-Dirac statistics were adopted for bulk electrons and holes. Impurities (donors and acceptors) were assumed to be completely ionized. For the polarization effect, Ambacher's model was adopted, and the polarization charge was introduced as a fixed charge.
解析に用いた物性定数を表1に示した。図7のグラフの横軸は、エピ構造の深さ(Depth)を示し、当該グラフの左側の縦軸は、伝導帯下端エネルギー(Energy)を示し、当該グラフの右側の縦軸は、キャリア濃度(Carrier Concentration)を示している。グラフの実線は、深さ方向の伝導帯下端エネルギーの分布を表し、グラフの破線は、深さ方向のキャリア濃度分布を表している。 Table 1 shows the physical property constants used in the analysis. The horizontal axis of the graph of FIG. 7 indicates the depth (Depth) of the epi structure, the vertical axis on the left side of the graph indicates the conduction band bottom energy (Energy), and the vertical axis on the right side of the graph indicates the carrier concentration. (Carrier Concentration). The solid line in the graph represents the distribution of the conduction band bottom energy in the depth direction, and the broken line in the graph represents the carrier concentration distribution in the depth direction.
ガリウム(Ga)−面やアルミ(Al)−面成長のAlGaN/GaNヘテロ接合界面(106/107界面)には、窒化物半導体材料の特徴である分極効果が生ずるので、GaAs系のAlGaAs/GaAsヘテロ接合界面(106/107界面)と比較して約五倍の1013cm−2オーダーの高いシート電荷濃度Nsのキャリアを構成する電子が蓄積され得る。 A polarization effect, which is a characteristic of nitride semiconductor materials, occurs at the gallium (Ga) -plane or aluminum (Al) -plane grown AlGaN / GaN heterojunction interface (106/107 interface). Electrons constituting carriers having a high sheet charge concentration Ns of about 10 13 cm −2 order, which is about five times that of the heterojunction interface (106/107 interface), can be accumulated.
このようなAlGaN/GaNヘテロ接合構造を有するHEMTデバイスは、高い電流値、高い出力電力、低いオン抵抗やアクセス抵抗などの優れた特性を実現することが可能である。 The HEMT device having such an AlGaN / GaN heterojunction structure can realize excellent characteristics such as a high current value, a high output power, a low on-resistance and an access resistance.
上記のHEMT構造にイオン注入して選択的にn+型導電層を形成するための様々なドーパント種が報告されている。中でも最も有効なものはSi(原子量:28)である。AlGaN層(電子供給層107)の層厚は通常0.015〜0.045μmであり、AlGaN層中のAl組成としては0.15〜0.20が通常用いられる。 Various dopant species for selectively forming an n + -type conductive layer by ion implantation into the HEMT structure have been reported. Of these, the most effective is Si (atomic weight: 28). The layer thickness of the AlGaN layer (electron supply layer 107) is usually 0.015 to 0.045 μm, and 0.15 to 0.20 is usually used as the Al composition in the AlGaN layer.
このプロファイルのAlGaN/GaNヘテロ接合型のHEMT構造にSi(原子量:28)をイオン注入する場合には、通常、スルー膜を介したスルー注入によりイオン注入が行われる。 When Si (atomic weight: 28) is ion-implanted into an AlGaN / GaN heterojunction type HEMT structure having this profile, ion implantation is usually performed by through-implantation through a through film.
ここで、20〜130keVの範囲内の加速エネルギーと、1×1014〜3×1015cm−2の範囲内のドーズ量とがデバイスに応用されている通常の値である。イオン注入後は、ドーピングされたイオンを活性化するために、1200℃付近の温度での活性化アニールを実行することが好ましい。 Here, the acceleration energy in the range of 20 to 130 keV and the dose amount in the range of 1 × 10 14 to 3 × 10 15 cm −2 are normal values applied to the device. After ion implantation, activation annealing is preferably performed at a temperature near 1200 ° C. in order to activate the doped ions.
Al0.15Ga0.85N(0.045μm厚)/GaNヘテロ接合型のエピ構造(エピタキシャル構造)上に、膜厚0.08μmの窒化膜(SiN膜)をスルー膜として堆積し、このスルー膜を介して、加速エネルギー100keV、ドーズ量1×1015cm−2でSiをイオン注入した。 A 0.08 μm-thick nitride film (SiN film) is deposited as a through film on an Al0.15Ga0.85N (0.045 μm thickness) / GaN heterojunction type epitaxial structure (epitaxial structure). Then, Si was ion-implanted with an acceleration energy of 100 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 .
その後、1200℃で3分間活性化アニールを実行した。この結果得られた構造上にTi/Al/Nb/Au多層膜のメタライズのオーミック電極を形成した。この結果得られた素子の電気特性をホール測定法やTLM(Transmission Line Model)法を使用して測定した。 Thereafter, activation annealing was performed at 1200 ° C. for 3 minutes. A Ti / Al / Nb / Au multilayer metallized ohmic electrode was formed on the resulting structure. The electrical characteristics of the resulting device were measured using a Hall measurement method or a TLM (Transmission Line Model) method.
TLM法による測定対象として、図8(a),(b),(c)に示す3種類の構造を用意した。図8(a)の構造は、基板上にバッファ膜(図示せず)を介して形成された電子走行層(GaN層)と、電子走行層にヘテロ接合する電子供給層(AlGaN層)と、この電子供給層の上面とオーミック接触するソース電極およびドレイン電極とを有する構造である。 Three types of structures shown in FIGS. 8A, 8B, and 8C were prepared as objects to be measured by the TLM method. 8A includes an electron transit layer (GaN layer) formed on a substrate via a buffer film (not shown), an electron supply layer (AlGaN layer) heterojunction with the electron transit layer, This structure has a source electrode and a drain electrode that are in ohmic contact with the upper surface of the electron supply layer.
図8(b)の構造は、基板上にバッファ膜(図示せず)を介して形成された電子走行層(GaN層)と、電子走行層の上面にヘテロ接合する電子供給層(AlGaN層)と、この電子供給層の上面とオーミック接触するソース電極とドレイン電極とを有する構造である。イオン注入により、電子供給層の上面からヘテロ接合界面(106/107界面)を超える深さにまで高濃度のn+型不純物注入領域が形成されている。 The structure of FIG. 8B includes an electron transit layer (GaN layer) formed on a substrate via a buffer film (not shown), and an electron supply layer (AlGaN layer) heterojunction with the upper surface of the electron transit layer. And a source electrode and a drain electrode that are in ohmic contact with the upper surface of the electron supply layer. By ion implantation, a high concentration n + -type impurity implantation region is formed from the upper surface of the electron supply layer to a depth exceeding the heterojunction interface (106/107 interface).
図8(c)の構造は、基板上にバッファ膜(図示せず)を介して形成された電子走行層(GaN層)と、電子走行層の上面にヘテロ接合するAlGaN層と、このAlGaN層の上面とオーミック接触するソース電極およびドレイン電極とを有する構造である。 8C includes an electron transit layer (GaN layer) formed on a substrate via a buffer film (not shown), an AlGaN layer heterojunction with the upper surface of the electron transit layer, and the AlGaN layer. This has a source electrode and a drain electrode that are in ohmic contact with the upper surface.
ゲート電極(図示せず)の両側において、それぞれ、電子供給層の上面からヘテロ接合界面を超える深さにまで高濃度のn+型不純物注入領域がイオン注入により形成されている。 On both sides of the gate electrode (not shown), high concentration n + -type impurity implantation regions are formed by ion implantation from the upper surface of the electron supply layer to a depth exceeding the heterojunction interface.
図8(a)の構造は、イオン注入がなされない領域での二次元電子ガス層のオーミック・コンタクト抵抗Rc(2DEG)とシート抵抗Rsh(2DEG)を求めるための構造である。 The structure of FIG. 8A is a structure for obtaining the ohmic contact resistance Rc (2DEG) and the sheet resistance Rsh (2DEG) of the two-dimensional electron gas layer in a region where ion implantation is not performed.
図8(b)の構造は、イオン注入された領域でのオーミック・コンタクト抵抗Rc(n)とシート抵抗Rsh(n)とを求めるための構造である。図8(c)の構造は、n+型不純物注入領域と、これら不純物注入領域の二次元電子ガス層のチャネルとの接続部における接続抵抗Rbを評価するための構造である。 The structure of FIG. 8B is a structure for obtaining the ohmic contact resistance Rc (n) and the sheet resistance Rsh (n) in the ion-implanted region. The structure of FIG. 8C is a structure for evaluating the connection resistance Rb at the connection portion between the n + -type impurity implantation region and the channel of the two-dimensional electron gas layer in these impurity implantation regions.
図8(c)の構造のシート抵抗は、図11の構造のシート抵抗Rsh(2DEG)と等しい。これに対し、図8(c)の構造で評価された見かけのコンタクト抵抗Rc†は、図8(c)の構造での接続部のマージンΔLを考慮して次式(1)で表される。 The sheet resistance of the structure of FIG. 8C is equal to the sheet resistance Rsh (2DEG) of the structure of FIG. On the other hand, the apparent contact resistance Rc † evaluated in the structure of FIG. 8C is expressed by the following equation (1) in consideration of the margin ΔL of the connection portion in the structure of FIG. .
Rc†=Rb+Rc(n)+Rsh(n)・ΔL (1) Rc † = Rb + Rc (n) + Rsh (n) · ΔL (1)
ここで、Rc(n)、Rsh(n)は、図8(b)から求められ、ΔLも既知であるので、この式より、n+型不純物注入領域とチャネルとの接続部における接続抵抗Rbを求めることができる。 Here, since Rc (n) and Rsh (n) are obtained from FIG. 8B and ΔL is also known, the connection resistance Rb at the connection portion between the n + -type impurity implantation region and the channel is obtained from this equation. Can be requested.
評価した結果、n+型不純物注入領域でのコンタクト抵抗はRc=0.47Ωmm、シート抵抗は408Ω/□(ohm/square)という特性が得られた。ここで問題になるのは、n+型不純物注入領域とチャネルとの接続抵抗である。 As a result of the evaluation, it was found that the contact resistance in the n + -type impurity implantation region was Rc = 0.47Ωmm, and the sheet resistance was 408Ω / □ (ohm / square). The problem here is the connection resistance between the n + -type impurity implantation region and the channel.
28Siドーズ量が1E11cm−2すなわち半導体ヘテロ接合界面(106/107界面)における28Si不純物濃度が1E16cm−3の場合には、接続抵抗はほとんど無視できる値であるのだが、その接続抵抗値と比較して、ドーズ量1×1015cm−2での接続抵抗の測定結果は116倍という大きい値であった。この接続抵抗は、コンタクト抵抗として、デバイスのアクセス抵抗やオン抵抗を増加させるので、この接続抵抗を低減させることが急務である。 When the 28Si dose is 1E11 cm −2, that is, the 28Si impurity concentration at the semiconductor heterojunction interface (106/107 interface) is 1E16 cm −3 , the connection resistance is almost negligible, but compared with the connection resistance value. The measurement result of the connection resistance at a dose of 1 × 10 15 cm −2 was a large value of 116 times. Since this connection resistance increases the access resistance and on-resistance of the device as contact resistance, it is an urgent need to reduce this connection resistance.
そこで、チャネルとn+型不純物注入領域との接続抵抗のドーズ量依存性を調べた。ドーズ量に応じてn+型不純物注入領域の伝導帯ポテンシャルが大きく変化し、その結果、接続抵抗が低減する可能性があるからである。 Therefore, the dose dependency of the connection resistance between the channel and the n + -type impurity implantation region was examined. This is because the conduction band potential of the n + -type impurity implantation region changes greatly according to the dose, and as a result, the connection resistance may be reduced.
図6の試料に対して、加速エネルギー100keV、および1×1011(1E+11)〜3×1016(3E+16)cm−2の範囲内で変化させたドーズ量でイオン注入した。ここで、スルーSiN膜の厚みは一定(0.08μm)とした。 The sample of FIG. 6 was ion-implanted with an acceleration energy of 100 keV and a dose varied within the range of 1 × 10 11 (1E + 11) to 3 × 10 16 (3E + 16) cm −2 . Here, the thickness of the through SiN film was constant (0.08 μm).
図9は試料の深さ方向におけるイオン分布のドーズ量依存性を示すグラフである。図10は、半導体へテロ界面における不純物の濃度に対して、ドーズ量が1E11cm−2、すなわちヘテロ接合界面(106/107界面)の不純物濃度で約1E16cm−3に相当の場合の接続抵抗を基準にした場合の接続抵抗Rbの値(増加率)をプロットしたグラフである。 FIG. 9 is a graph showing the dose dependency of the ion distribution in the depth direction of the sample. FIG. 10 is based on the connection resistance when the dose amount is 1E11 cm −2 , that is, the impurity concentration at the heterojunction interface (106/107 interface) is approximately 1E16 cm −3 with respect to the impurity concentration at the semiconductor heterointerface. 5 is a graph plotting the value (increase rate) of the connection resistance Rb in the case of
半導体へテロ接合界面におけるSi不純物濃度が1×1018(1E18)cm−3以下の領域では、接続抵抗Rbは大変低くゼロに近い。そもそもこの領域の注入量では、ヘテロ接合界面(106/107界面)に到達した注入イオンが少ないので、ヘテロ接合界面(106/107界面)がイオン注入前の状態に近い状態で保持されていると考えられる。 In the region where the Si impurity concentration at the semiconductor heterojunction interface is 1 × 10 18 (1E18) cm −3 or less, the connection resistance Rb is very low and close to zero. In the first place, with the amount of implantation in this region, since there are few implanted ions reaching the heterojunction interface (106/107 interface), the heterojunction interface (106/107 interface) is held in a state close to the state before ion implantation. Conceivable.
従って、この注入量領域では、コンタクト抵抗やシート抵抗に対するイオン注入の効果がそもそも小さい。イオン化不純物濃度がおよそ1×1018cm−3のポイントでは、接続抵抗(増加率)が最も高くなった。 Therefore, in this implantation amount region, the effect of ion implantation on contact resistance and sheet resistance is small in the first place. At the point where the ionized impurity concentration is about 1 × 10 18 cm −3 , the connection resistance (increase rate) was the highest.
この理由は、イオン注入によって半導体ヘテロ接合界面チャネル部の原子配列が損傷を受け、その部分のポテンシャルが上昇して電気伝導に対する障壁となるためであると考えられる。 The reason for this is considered to be that the atomic arrangement of the semiconductor heterojunction interface channel portion is damaged by ion implantation, and the potential of the portion is increased to become a barrier against electrical conduction.
一方、イオン化不純物濃度が1×1019cm−3を超え1×1020cm−3までの領域ではイオン化不純物濃度の増加に従って抵抗値は減少してゆき、イオン化不純物濃度が6×1019(6E19)cm−3のポイントで接続抵抗Rbの増加率は極小値17をとることが分かった。
On the other hand, in the region where the ionized impurity concentration exceeds 1 × 10 19 cm −3 and reaches 1 × 10 20 cm −3 , the resistance value decreases as the ionized impurity concentration increases, and the ionized impurity concentration becomes 6 × 10 19 (6E19). ) It was found that the increase rate of the connection resistance Rb takes a
この値は、デバイス応用において、問題にならないレベルの値と考えてよい。また、この値を与えるドーズ量1×1016(1E16)cm−2(スルー膜を介して導入された値であり、実効ドーズ量は9.2×1015(9.2E15)cm−2)は、チャネルとn+型不純物注入領域との接続抵抗を低減するための最適な、またはほぼ最適なドーズ量である。 This value may be considered as a value that does not cause a problem in device application. Also, a dose amount of 1 × 10 16 (1E16) cm −2 giving this value (a value introduced through the through film, and an effective dose amount of 9.2 × 10 15 (9.2E15) cm −2 ) Is an optimum or almost optimum dose for reducing the connection resistance between the channel and the n + -type impurity implantation region.
なお、Si不純物濃度が3×1021(3E21)cm−3以上の場合には、接続抵抗が増加する傾向にあるが、このドーズ量以上ではGaN系材料におけるSiの固溶限界がみえてくるものと考えられる。 Note that, when the Si impurity concentration is 3 × 10 21 (3E21) cm −3 or more, the connection resistance tends to increase. However, when this dose is exceeded, the solid solution limit of Si in the GaN-based material appears. It is considered a thing.
イオン化不純物濃度が1×1019cm−3を超え1×1020cm−3までの領域でイオン化不純物濃度の増加に従って抵抗値は減少してゆくことが実験的に明らかになったが、つぎに、いかなるメカニズムでこのイオン注入条件で接続抵抗Rbが低減したのかを考察する。 It has been experimentally clarified that the resistance value decreases as the ionized impurity concentration increases in the region where the ionized impurity concentration exceeds 1 × 10 19 cm −3 and reaches 1 × 10 20 cm −3. The mechanism by which the connection resistance Rb is reduced under this ion implantation condition will be considered.
シュレーディンガー方程式とポアソン方程式を連立させてセルフ・コンシステントな解を数値計算で求め、量子力学的効果を取り込んだ定量的な一次元バンド構造を求めた。 The Schrödinger equation and Poisson equation were combined to obtain a self-consistent solution by numerical calculation, and a quantitative one-dimensional band structure incorporating the quantum mechanical effect was obtained.
キャリア統計に関しては、2DEGには二次元量子統計を、バルク電子と正孔にはフェルミ・ディラク(Fermi−Dirac)統計を採用した。不純物(ドナー、アクセプタ)は完全イオン化を仮定した。 Regarding carrier statistics, two-dimensional quantum statistics are adopted for 2DEG, and Fermi-Dirac statistics are adopted for bulk electrons and holes. Impurities (donors and acceptors) were assumed to be completely ionized.
分極効果に関してはアンバチャー(Ambacher)のモデルを採用し、分極電荷は固定電荷として導入した。解析に用いた物性定数を表1に示した。図11は、実効ドーズ量Nに対応した試料の伝導帯下端エネルギーを深さ方向でプロットしたものである。 For the polarization effect, an Ambacher model was adopted, and the polarization charge was introduced as a fixed charge. Table 1 shows the physical property constants used in the analysis. FIG. 11 is a plot of the conduction band bottom energy of the sample corresponding to the effective dose amount N in the depth direction.
図9に示されているように、9.2×1013(9.2E13)cm−2、9.2×1014(9.2E14)cm−2、9.2×1015(9.2E15)cm−2と実効ドーズ量を段階的に増やした場合における値がプロットされている。 As shown in FIG. 9, 9.2 × 10 13 (9.2E13) cm −2 , 9.2 × 10 14 (9.2E14) cm −2 , 9.2 × 10 15 (9.2E15). ) The values in the case of increasing the cm −2 and the effective dose stepwise are plotted.
その際、深さ方向zに関する注入イオンの分布P(z)を、モンテカルロ計算を用いて統計力学的に求め、イオンの活性化率ηには、実際に試料を室温でホール測定して得た実験値を用いた。この結果得られたイオン化したドナー濃度の深さ方向の分布D(z)は、次式(2)の通りである。 At that time, the distribution P (z) of the implanted ions in the depth direction z was obtained statistically using Monte Carlo calculation, and the ion activation rate η was obtained by actually measuring the hole at room temperature. Experimental values were used. The distribution D (z) in the depth direction of the ionized donor concentration obtained as a result is represented by the following formula (2).
D(z)= η・N・P(z) (2) D (z) = η · N · P (z) (2)
図11のグラフに示されるように、実効ドーズ量が9.2×1013(9.2E13)cm−2のときには、オーミック・コンタクト部でも、AlGaN電子供給層107でも、AlGaN/GaNヘテロ接合部でも電子伝導帯ポテンシャルが十分下がりきっていない。
As shown in the graph of FIG. 11, when the effective dose is 9.2 × 10 13 (9.2E13) cm −2 , the ohmic contact portion, the AlGaN
これに対応してコンタクト抵抗Rc(n)、シート抵抗Rsh(n)、接続抵抗Rbの実験値には軒並み高い値が得られた。半導体へテロ界面において最適なSiイオン濃度1E21cm−3を与える、実効ドーズ量が9.2×1015(9.2E15)cm−2の場合には、オーミック・コンタクト部でも、AlGaN電子供給層107でも、AlGaN/GaNヘテロ接合部でもポテンシャルはフェルミ・レベルより十分低減している。
Correspondingly, experimental values of contact resistance Rc (n), sheet resistance Rsh (n), and connection resistance Rb were high. In the case where the effective dose amount is 9.2 × 10 15 (9.2E15) cm −2 that gives an optimum Si ion concentration of 1E21 cm −3 at the semiconductor heterointerface, the AlGaN
これに対応して、コンタクト抵抗Rc(n)、シート抵抗Rsh(n)、接続抵抗Rbには十分に低い値を実験で得た。半導体へテロ接合界面におけるSi不純物濃度が1×1018(1E18)cm−3以下の領域では、接続抵抗Rbは大変低くゼロに近い。 Correspondingly, sufficiently low values were obtained in experiments for the contact resistance Rc (n), the sheet resistance Rsh (n), and the connection resistance Rb. In the region where the Si impurity concentration at the semiconductor heterojunction interface is 1 × 10 18 (1E18) cm −3 or less, the connection resistance Rb is very low and close to zero.
そもそもこの領域の注入量では、ヘテロ接合界面(106/107界面)に到達した注入イオンが少ないので、ヘテロ接合界面(106/107界面)がイオン注入前の状態に近い状態で保持される。一方、イオン化不純物濃度が1×1019cm−3を超える場合の接続抵抗の低減は、AlGaN/GaNヘテロ接合部の伝導帯ポテンシャルがフェルミ・レベルより十分に低減することによってもたらされていると考えられる。 In the first place, since there are few implanted ions reaching the heterojunction interface (106/107 interface), the heterojunction interface (106/107 interface) is held in a state close to the state before ion implantation. On the other hand, when the ionized impurity concentration exceeds 1 × 10 19 cm −3 , the connection resistance is reduced because the conduction band potential of the AlGaN / GaN heterojunction is sufficiently reduced from the Fermi level. Conceivable.
これを「横方向」のバンド構造で説明するための図が図12である。図12には、2種類のポテンシャルPi,Pdが示されている。図11を参照すると、半導体ヘテロ接合により生成された二次元電子ガス層(ヘテロ接合による2DEG)付近のn+型不純物注入領域に十分な量のイオン化したドナーが存在すると、そうでない場合のポテンシャルPiと比較して、その箇所のポテンシャルPdが下がる。 FIG. 12 is a diagram for explaining this in the “lateral” band structure. FIG. 12 shows two types of potentials Pi and Pd. Referring to FIG. 11, if there is a sufficient amount of ionized donor in the n + -type impurity implantation region in the vicinity of the two-dimensional electron gas layer (2DEG by heterojunction) generated by the semiconductor heterojunction, the potential Pi otherwise As compared with, the potential Pd at that point decreases.
これに伴い、接続部の障壁高さが低減し、接続抵抗が下がるものと推察される。室温において二次元電子ガス層付近のn+型不純物注入領域の伝導帯ポテンシャルが十分に低減するためには、「室温におけるイオン化ドナー不純物濃度が1×1019(1E19)cm−3以上」であることが必要と考えられる。 In connection with this, it is guessed that the barrier height of a connection part reduces and a connection resistance falls. In order to sufficiently reduce the conduction band potential of the n + -type impurity implantation region in the vicinity of the two-dimensional electron gas layer at room temperature, the “ionization donor impurity concentration at room temperature is 1 × 10 19 (1E19) cm −3 or more”. It is considered necessary.
従って、接続抵抗の低減には、上記のようにドーズ量自体を増やすことも有効であるし、活性化アニール温度を上げて、注入したイオンの活性化率を上げることも有効である。 Therefore, to reduce the connection resistance, it is effective to increase the dose amount itself as described above, and it is also effective to increase the activation rate of the implanted ions by increasing the activation annealing temperature.
さらに、活性化率向上という観点からは、イオン注入時に基板101温度を上昇させた状態においてイオン注入する「昇温イオン注入」も有効である。以上は、デバイスの動作温度が通常の室温(5℃以上35℃以下)である場合について記述した。
Furthermore, from the viewpoint of improving the activation rate, “temperature rising ion implantation” in which ions are implanted in a state where the temperature of the
デバイスの動作温度が、室温からかなりかけ離れる場合(例えば、自動車のエンジンルームでデバイスが動作する場合)では、イオン化不純物濃度が1×1019cm−3を超える場合に上記接続抵抗が低減するためには、「そのデバイスの動作温度において、イオン化ドナー不純物濃度が1×1019cm−3以上」であることが必要であり、さらには「そのデバイスの動作温度において、イオン化ドナー不純物濃度が3×1019cm−3以上」であることが望ましい。 When the operating temperature of the device is far from room temperature (for example, when the device operates in an automobile engine room), the connection resistance is reduced when the ionized impurity concentration exceeds 1 × 10 19 cm −3. Requires that the ionized donor impurity concentration is 1 × 10 19 cm −3 or more at the device operating temperature, and further “the ionized donor impurity concentration is 3 × at the device operating temperature. 10 19 cm −3 or more ”is desirable.
上記の発明の構造においては、トレンチ溝を形成しないので、半導体ヘテロ接合における二次元電子ガス(DEG)チャネルが、トレンチ溝形成のためにダメージを受けることがないメリットがある。 In the structure of the present invention, since the trench groove is not formed, there is an advantage that the two-dimensional electron gas (DEG) channel in the semiconductor heterojunction is not damaged due to the trench groove formation.
しかし、その分、200keV以上の高い加速エネルギーによるイオン注入を施す必要がある。注入するドーパントとして典型的なシリコン(Si)を例にとれば、加速エネルギーが200keV以上になると、注入イオン種としては、一価ではなく二価のイオンを生成して用いる必要があり、プロセス費用が増大するきらいがある。 However, it is necessary to perform ion implantation with high acceleration energy of 200 keV or more. Taking typical silicon (Si) as an example of the dopant to be implanted, when the acceleration energy is 200 keV or more, it is necessary to generate and use divalent ions instead of monovalent ions as the implanted ion species. There is a tendency to increase.
さらに、加速エネルギーが増大するに従って、注入に供せられる試料の表面の荒れも増加する。そのため、イオン注入における加速エネルギーをできるだけ低減したいというニーズが生ずる。 Furthermore, as the acceleration energy increases, the roughness of the surface of the sample subjected to the implantation also increases. Therefore, there is a need to reduce acceleration energy in ion implantation as much as possible.
そこで、イオン注入の加速エネルギーを低減するためのトレンチを形成する方法がある。この発明の構造において、トレンチ溝は、その深さの分だけ注入イオンが到達すべき投影飛程を低減する効果を有する。 Therefore, there is a method of forming a trench for reducing the acceleration energy of ion implantation. In the structure of the present invention, the trench has the effect of reducing the projected range that the implanted ions should reach by the depth.
トレンチ溝は、深い場合には、ドリフト層103に達するまでの深さを有することができるため、イオン注入時の加速エネルギー低減の度合いは極めて大きくなり得る。そして確かに、トレンチ溝と半導体へテロ接合チャネルとの接触部が存在する場合には、その接続部は、トレンチの形成過程においてダメージを受け、その部分の接続抵抗は増大する。
When the trench groove is deep, it can have a depth to reach the
しかし、n型導電層と上記n型不純物が注入されないチャネル領域との接続部が、トレンチ溝と半導体へテロ接合チャネルとの上記接触部と、ある程度の距離を有するようにイオン注入の領域を選択すれば、n型導電層と、上記n型不純物が注入されないチャネル領域との接続部は、トレンチ形成ダメージが原因となる接続抵抗増加の影響をほとんど受けなくなる。 However, the ion implantation region is selected so that the connection portion between the n-type conductive layer and the channel region into which the n-type impurity is not implanted has a certain distance from the contact portion between the trench groove and the semiconductor heterojunction channel. In this case, the connection portion between the n-type conductive layer and the channel region into which the n-type impurity is not implanted is hardly affected by an increase in connection resistance caused by trench formation damage.
さらに上記n型導電層は、注入イオンの投影飛程118BであるDi(μm)が、上記トレンチ深さDt(μm)より長くなるような加速エネルギーのイオン注入で形成されるようにすれば(Di>Dt)、該接続部と、イオン注入領域を介して、ドレイン電極114と導通された半導体層との間にn+導通経路を形成することができる。
Furthermore, the n-type conductive layer is formed by ion implantation with acceleration energy such that Di (μm), which is a projected range 118B of implanted ions, is longer than the trench depth Dt (μm) ( Di> Dt), an n + conduction path can be formed between the connection portion and the
さらに、トレンチ構造と併せて二段イオン注入を活用することによって、デバイス深部までのイオン注入による導電層形成を容易にするとともに、上記n型導電層と上記n型不純物が注入されないチャネル領域との接続部における接続抵抗の低減を確実にすることができ、該接続部と、イオン注入領域を介して、ドレイン電極114と導通された半導体層との間のn+導通経路を容易かつ確実に形成することが出来る。
Further, by utilizing the two-stage ion implantation in combination with the trench structure, it is easy to form a conductive layer by ion implantation to the deep part of the device, and between the n-type conductive layer and the channel region into which the n-type impurity is not implanted. Reduction of the connection resistance in the connection portion can be ensured, and an n + conduction path between the connection portion and the semiconductor layer conducted with the
(実施例)
本実施の形態の一実施例を示す。本実施例の電界効果トランジスタは、基板101として(0001)面(Ga面)のn型GaN基板、第一のGaN系半導体からなる高濃度のn型コレクター層102としてGaN層(1×1018cm−3のSiを添加、膜厚0.5μm)、第二のGaN系半導体からなるドリフト層103としてGaN層(1×1017cm−3のSiを添加、膜厚1.0μm)、第三のGaN系半導体からなる電界緩和層104としてAlGaN層(Al組成比は、例えば、基板101側が0.3、表面側が0となるよう段階的に変化、膜厚は、例えば、0.3μm)を省略、第四のGaN系半導体からなるp型電子障壁層105としてGaN層(1×1018cm−3のMgを添加、膜厚0.2μm)、第五のGaN系半導体層からなる電子走行層106としてGaN層(膜厚0.1μm)、第六の半導体層からなる電子供給層107としてAlGaN層(Al組成比0.20、膜厚0.02μm)、第七の半導体層からなるキャップ層116としてGaN層(0.002μm)、ソース電極109、ドレイン電極114としてTi/Al(Ti層の膜厚0.01μm、Al層の膜厚0.2μm)、第一の絶縁膜110としてSiON膜(膜厚0.08μm)、リセスとして第七、第六のGaN系半導体からなる115、電子供給層107のうち0.025μmを除去、ゲート絶縁膜111としてAl2O3膜(膜厚0.01μm)、ゲート電極112としてNi/Au(Ni層の膜厚0.015μm、Au層の膜厚0.4μm)、保護膜113としてSiON膜(膜厚0.08μm)を用いることにより作製される。
(Example)
An example of this embodiment will be described. In the field effect transistor of this example, a (0001) plane (Ga plane) n-type GaN substrate is used as the
なお、本実施例の電子伝導領域108は、0.08μmのスルー膜(SiN)を介して該当領域に28Siイオン注入を行い、1200℃3分の活性化アニールを施すことで形成した。イオン注入条件が請求項に対応して互いに異なる次の六種類の試料を作製した。
The
第一の試料は、図1および図2の構造を有するもので、加速エネルギー350keVでドーズ量1E14cm−2のイオン注入を行った。注入不純物はドリフト層103まで達し、p−バリア層で1E19cm−3の濃度を有する。
The first sample has the structure shown in FIGS. 1 and 2 , and was ion-implanted with an acceleration energy of 350 keV and a dose of 1E14 cm −2 . The implanted impurity reaches the
さらに2DEGにおける不純物濃度は1E18cm−3となり、半導体ヘテロ接合界面(106/107界面)とn型導電層との接続部115における接続抵抗は十分低く抑制された。
Further, the impurity concentration in 2DEG was 1E18 cm −3 , and the connection resistance at the
第二の試料は、図1および図2の構造を有するもので、加速エネルギー300keVでドーズ量1E16cm−2のイオン注入を行った。注入不純物はドリフト層103まで達し、p−バリア層で3E20cm−3の濃度を有する。
The second sample has the structure shown in FIGS. 1 and 2 , and was ion-implanted with an acceleration energy of 300 keV and a dose of 1E16 cm −2 . The implanted impurities reach the
さらに2DEGにおける不純物濃度は1E20cm−3となり、半導体ヘテロ接合界面(106/107界面)とn型導電層との接続部115における接続抵抗は十分低く抑制された。
Furthermore, the impurity concentration in 2DEG was 1E20 cm −3 , and the connection resistance at the
第三の試料は、図3の構造を有するもので、第一のイオン注入(加速エネルギー:100keV、ドーズ量:1E16cm−2)および第二のイオン注入(加速エネルギー:300keV、ドーズ量:3E15cm−2)を行った。 The third sample has the structure of FIG. 3, and the first ion implantation (acceleration energy: 100 keV, dose amount: 1E16 cm −2 ) and the second ion implantation (acceleration energy: 300 keV, dose amount: 3E15 cm −). 2 ) was performed.
第一のイオン注入(加速エネルギー:100keV、ドーズ量:1E16cm−2)は、半導体ヘテロ接合界面(106/107界面)とn型導電層との接続部115にて、イオン化ドナー濃度が1E19cm−3以上という条件を満たすもので、n型導電層と半導体ヘテロ接合界面(106/107界面)2DEGチャネルとの接続抵抗が十分低くなる条件である。
In the first ion implantation (acceleration energy: 100 keV, dose amount: 1E16 cm −2 ), the ionization donor concentration is 1E19 cm −3 at the
第二のイオン注入(加速エネルギー:300keV、ドーズ量:3E15cm−2)は、注入イオンがドリフト層103まで達し、上記接続部115と、イオン注入領域を介して、ドレイン電極114と導通された半導体層との間のn+導通経路を形成した。
In the second ion implantation (acceleration energy: 300 keV, dose amount: 3E15 cm −2 ), the implanted ions reach the
第四の試料は、図4の構造を有するもので、0.1μmの深さのトレンチを形成した後、加速エネルギー350keVでドーズ量1E14cm−2のイオン注入を行った。注入不純物はドリフト層103まで達し、p−バリア層で1E19cm−3の濃度を有する。
The fourth sample has the structure shown in FIG. 4, and after forming a trench having a depth of 0.1 μm, ion implantation with an acceleration energy of 350 keV and a dose of 1E14 cm −2 was performed. The implanted impurity reaches the
さらに2DEGにおける不純物濃度は1E18cm−3となり、半導体ヘテロ接合界面(106/107界面)とn型導電層との接続部115における接続抵抗は十分低く抑制された。
Further, the impurity concentration in 2DEG was 1E18 cm −3 , and the connection resistance at the
第五の試料は、図4の構造を有するもので、0.15μmの深さのトレンチを形成した後、加速エネルギー180keVでドーズ量3E15cm−2のイオン注入を行った。注入不純物はドリフト層103まで達し、p−バリア層で1E20cm−3の濃度を有する。
The fifth sample has the structure shown in FIG. 4, and after forming a trench having a depth of 0.15 μm, ion implantation with an acceleration energy of 180 keV and a dose of 3E15 cm −2 was performed. The implanted impurity reaches the
さらに2DEGにおける不純物濃度は1E20cm−3となり、半導体ヘテロ接合界面(106/107界面)とn型導電層との接続部115における接続抵抗は十分低く抑制された。また、加速エネルギーも200keV未満で済んだ。
Furthermore, the impurity concentration in 2DEG was 1E20 cm −3 , and the connection resistance at the
第六の試料は、図5の構造を有するもので、第一のイオン注入(加速エネルギー:100keV、ドーズ量:1E16cm−2)を行った後、0.15μmのトレンチを形成し、その後第二のイオン注入(加速エネルギー:180keV、ドーズ量:3E15cm−2)を行った。 The sixth sample has the structure shown in FIG. 5. After performing the first ion implantation (acceleration energy: 100 keV, dose amount: 1E16 cm −2 ), a 0.15 μm trench is formed, and then the second sample is formed. Ion implantation (acceleration energy: 180 keV, dose amount: 3E15 cm −2 ) was performed.
注入不純物はドリフト層103まで達し、p−バリア層で1E20cm−3の濃度を有する。さらに2DEGにおける不純物濃度は5E20cm−3となり、半導体ヘテロ接合界面(106/107界面)とn型導電層との接続部115における接続抵抗は、第五の試料よりも十分低く抑制された。
The implanted impurity reaches the
また、加速エネルギーも200keV未満で済んだ。加えて、素子のアイソレーションまたは素子の絶縁分離のためには、本実施例では14Nイオンのイオン注入を用いた。 Also, the acceleration energy was less than 200 keV. In addition, in this embodiment, ion implantation of 14N ions was used for element isolation or element isolation.
スルー膜としては0.06μmのシリコン窒化膜(SiN)を用い、14Nイオンを加速エネルギー30keV、ドーズ量2E14cm−2で所望の領域に選択的に注入した。 A 0.06 μm silicon nitride film (SiN) was used as the through film, and 14N ions were selectively implanted into a desired region with an acceleration energy of 30 keV and a dose of 2E14 cm −2 .
このような構造とすることで、二次元電子ガス利用による、低オン抵抗と良好な高周波特性を維持できる。また、ソース電極109直下のp型電子障壁層105を介した電流経路の耐圧は電界緩和層104とp型電子障壁層105に依存する。
With such a structure, low on-resistance and good high-frequency characteristics can be maintained by using a two-dimensional electron gas. The breakdown voltage of the current path through the p-type
本構造においてさらに電界緩和層104を設け、Al組成比が基板101側から表面側へ徐々に低くなるように変化させれば、ピエゾ(piezo)効果および自発分極効果により伝導帯が(荷電子帯も)p型ドープしたように真空準位に向かって凸になるように曲がるため、さらにパンチスルーしにくくでき更なる高耐圧化が図れる。
In this structure, if the electric
また、電子伝導領域108を介した電流経路の耐圧は、ドリフト層103(電界緩和層104を設けた場合、ドリフト層103と電界緩和層104)、で決まるが、表面(界面)の影響が無いため電界分布が均一となり、絶縁破壊耐圧のバルク値(3MV/cm)まで高耐圧化が期待でき、小さなチップサイズでも高耐圧化が実現できた。
The breakdown voltage of the current path through the
さらに、ゲート電極112を介してソース電極109の反対側の庇長が長くなるようにしたことから、ゲート電極112近傍の電界集中も緩和することができる。ここで第三の試料を例に採り、イオン注入による電子伝導領域108の形成について、半導体の電子状態の観点から考察する。解析に用いた物性定数を表1に示す。
Furthermore, since the length of the opposite side of the
図13は、本実施例のデバイスの電子伝導領域108の上下に沿った一次元の伝導帯エネルギーレベルを示したものであり、イオン注入をしていない状態、加速エネルギー:300keVかつドーズ量:3E15cm−2の深部イオン注入(第二のイオン注入)を行った後、活性化アニール(1200℃3分)を行った場合、および、深部イオン注入(第二のイオン注入)に併せて加速エネルギー:100keVかつドーズ量:1E16cm−2の表面層イオン注入(第一のイオン注入)を行い、活性化アニール(1200℃3分)を行った場合、の三水準をグラフ化している。
FIG. 13 shows a one-dimensional conduction band energy level along the upper and lower sides of the
注入イオンの分布は、モンテカルロ計算で求め、注入イオンの活性化率は、実際にホール測定して得た実験値を用い、一次元の伝導帯ポテンシャルは量子力学的な効果を取り込み、上記で得たイオン化したドナー濃度分布を考慮に入れて、シュレーディンガ−(Schrodinger)方程式とポアソン(Poisson)方程式を連立させて自己無撞着(セルフ・コンシステント)な解を得ることで求めた。 The distribution of the implanted ions is obtained by Monte Carlo calculation. The activation rate of the implanted ions is obtained from the experimental values obtained by actually measuring the holes, and the one-dimensional conduction band potential is obtained by taking the quantum mechanical effect as described above. Taking into account the ionized donor concentration distribution, the Schrodinger equation and the Poisson equation were combined to obtain a self-consistent solution.
キャリア統計に関しては、二次元電子ガス(2DEG)には二次元量子統計を、バルク電子と正孔にはフェルミ・ディラク(Fermi-Dirac)統計を採用した。不純物(ドナー、アクセプタ)は完全イオン化を仮定した。分極効果に関してはアンバチャー(Ambacher)のモデルを採用し、分極電荷は固定電荷として導入した。解析に用いた物性定数を表1に示した。 As for carrier statistics, two-dimensional quantum statistics are adopted for the two-dimensional electron gas (2DEG), and Fermi-Dirac statistics are adopted for the bulk electrons and holes. Impurities (donors and acceptors) were assumed to be completely ionized. For the polarization effect, Ambacher's model was adopted, and the polarization charge was introduced as a fixed charge. Table 1 shows the physical property constants used in the analysis.
まず、イオン注入を行わなかった場合には、p型電子障壁層105のGaN層(1×1018cm−3のMgを添加、膜厚0.2μm)の伝導帯ポテンシャルは十分に高く、耐圧を維持する障壁層として機能していることが分かる。ところで、本エピ構造で電子伝導領域108を形成するには、比較的深部までのイオン注入が必要である。
First, when ion implantation is not performed, the conduction band potential of the GaN layer (added with 1 × 10 18 cm −3 Mg, film thickness 0.2 μm) of the p-type
しかし、加速エネルギーを高くして、加速エネルギー:300keVのイオン注入でドリフト層103にまで達するイオン注入が達成されており、さらに、ドーズ量を多くし、ドーズ量:3E15cm−2の注入を行うことにより、活性化アニール後p型電子障壁層105のアクセプタは注入ドナーによって十分に補償されて、そのポテンシャルはフェルミ・レベル以下にまで低減できていることが分かる。
However, by increasing the acceleration energy, the ion implantation reaching the
しかし、それでも、半導体ヘテロ接合近辺から表面にかけてのデバイス表層部の注入ドナー濃度は十分ではなく、その領域のポテンシャルはまだ十分には低減出来ていない。 However, the concentration of implanted donors in the device surface layer from the vicinity of the semiconductor heterojunction to the surface is still not sufficient, and the potential in that region has not been sufficiently reduced.
つぎに、深部イオン注入(第二のイオン注入)に併せて加速エネルギー:100keVかつドーズ量:1E16cm−2の表面層イオン注入(第一のイオン注入)を行い、活性化アニール(1200℃3分)を行った場合には、グラフから分かる通り、半導体ヘテロ接合近辺から表面にかけてのデバイス表層部の伝導帯ポテンシャルも十分に低減出来ており、2DEG−n型導電層接続部の接続抵抗の低減という課題が果たせていることを、電子状態の観点からも証明している。 Next, in conjunction with deep ion implantation (second ion implantation), surface layer ion implantation (first ion implantation) with acceleration energy: 100 keV and dose amount: 1E16 cm −2 is performed, and activation annealing (1200 ° C. for 3 minutes). ), As can be seen from the graph, the conduction band potential of the device surface layer from the vicinity of the semiconductor heterojunction to the surface can be sufficiently reduced, and the connection resistance of the 2DEG-n type conductive layer connection is reduced. It also proves that the task has been fulfilled from the viewpoint of the electronic state.
なお、本実施例では基板101として(0001)面(Ga面)のn型GaN基板を用いたが、GaN、InN、AlNおよび上記3種のGaN系半導体の混合物等の基板を用いることができる。
In this embodiment, an n-type GaN substrate having a (0001) plane (Ga plane) is used as the
ただし、基板101上に形成する半導体層と格子定数が大きく異なると、転移が発生し結晶性が劣化することから、用いる基板101の組成は基板101上に形成する半導体層と格子定数が同じまたは近い値の組成であることが好ましい。また、使用する面も面(N面)でも良いが、ピエゾ効果も向きが逆になるなど設計上注意を要する。
However, if the lattice constant is significantly different from that of the semiconductor layer formed over the
同様に、本実施例では高濃度のn型コレクター層102としてGaN層を用いたが、高濃度n型コレクター層としては、AlGaN層やInGaN層など、GaN、InN、AlNおよび上記三種のGaN系半導体の混合物等を用いることができる。
Similarly, in this embodiment, a GaN layer is used as the high-concentration n-
また、不純物としてSiを添加したがn型不純物として、例えば、Si、S、Se、Oなど添加することができる。濃度は所望の値とできるが、低抵抗化するために、1×1018cm−3以上の高濃度に添加することが好ましい。 Further, Si is added as an impurity, but as an n-type impurity, for example, Si, S, Se, O, or the like can be added. The concentration can be a desired value, but it is preferably added to a high concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more in order to reduce the resistance.
同様に、本実施例ではドリフト層103としてGaN層を用いたが、ドリフト層103としてはAlGaN層やInGaN層など、GaN、InN、AlNおよび上記3種のGaN系半導体の混合物等を用いることができる。
Similarly, in this embodiment, a GaN layer is used as the
また、不純物としてSiを添加したがn型不純物として、例えば、Si、S、Se、Oなど添加することができる。濃度は所望の値とできるが、電界を緩和するために、1×1018cm−3以下の濃度で添加することが好ましい。特に、耐圧を優先するときには1×1017cm−3以下の濃度で添加することが好ましい。 Further, Si is added as an impurity, but as an n-type impurity, for example, Si, S, Se, O, or the like can be added. The concentration can be a desired value, but it is preferably added at a concentration of 1 × 10 18 cm −3 or less in order to relax the electric field. In particular, when priority is given to pressure resistance, it is preferable to add at a concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less.
同様に、本実施例では電界緩和層104としてAlGaN層(Al組成比は基板101側が0.3、表面側が0となるよう段階的に変化、膜厚0.3μm)を紹介したが、電界緩和層104としてはAlGaN層やInGaN層など、GaN、InN、AlNおよび上記3種のGaN系半導体の混合物等を用いることができる。
Similarly, in this embodiment, an AlGaN layer (Al composition ratio is changed stepwise so that the
ただし、電界緩和層104は、電界緩和効果を高めるため、負の分極電荷が生成される組成である必要があり、Ga面がソース電極109側、N面が基板101側である場合、基板101側からソース電極109側にかけて、Al組成比を低くする、またはIn組成比を高くする、またはAl組成比を低くし、かつ、In組成比を高くする必要がある。
However, the electric
また、不純物としてSiを添加したがn型不純物として、例えば、Si、S、Se、Oなど添加することができる。濃度は所望の値とできるが、電界を緩和するために、1×1018cm−3以下の濃度で添加することが好ましい。特に、耐圧を優先するときには1×1017cm−3以下の濃度で添加することが好ましい。 Further, Si is added as an impurity, but as an n-type impurity, for example, Si, S, Se, O, or the like can be added. The concentration can be a desired value, but it is preferably added at a concentration of 1 × 10 18 cm −3 or less in order to relax the electric field. In particular, when priority is given to pressure resistance, it is preferable to add at a concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less.
同様に、本実施例ではp型電子障壁層105としてGaN層(1×1019cm−3のMgを添加、膜厚0.3μm)を用いたが、p型電子障壁層105としてはAlGaN層やInGaN層など、GaN、InN、AlNおよび上記3種のGaN系半導体の混合物等を用いることができる。
Similarly, in this example, a GaN layer (1 × 10 19 cm −3 Mg added, film thickness 0.3 μm) was used as the p-type
また、不純物としてMgを添加したがp型不純物として、例えば、Be、C、Mgなどを添加することができる。濃度は所望の値とできるが、電子に対する障壁を高電圧まで維持するために、1×1018cm−3以上の高濃度で添加することが好ましい。 Further, Mg is added as an impurity, but as a p-type impurity, for example, Be, C, Mg, or the like can be added. The concentration can be a desired value, but it is preferably added at a high concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more in order to maintain a barrier against electrons up to a high voltage.
同様に、本実施例では電子走行層106としてGaN層を用いたが、電子走行層としてはAlGaN層やInGaN層など、GaN、InN、AlNおよび上記3種のGaN系半導体の混合物等を用いることができる。
Similarly, in this embodiment, a GaN layer is used as the
また、本実施例では電子走行層106中に不純物は添加していないが、n型不純物として、例えば、Si、S、Se、Oなど、p型不純物として、例えば、Be、Cなどを添加することも可能である。ただし、電子走行層中の不純物濃度が高くなるとクーロン散乱の影響により移動度が低下するため、不純物濃度は1×1017cm−3以下が望ましい。
In this embodiment, no impurity is added to the
同様に、本実施例では電子供給層107としてAlGaN層を用いたが、電子供給層107としてはAlGaN層やInGaN層など、GaN、InN、AlNおよび上記3種のGaN系半導体の混合物等を用いることができる。
Similarly, although an AlGaN layer is used as the
ただし、本電子供給層107は電子走行層106より電子親和力は小さい物質または組成である必要がある。また、本実施例では、ピエゾ効果および自発分極効果にて電子を供給しているため、電子供給層107中に不純物は添加していないが、n型不純物として、例えば、Si、S、Se、Oなど、p型不純物として、例えば、Be、C、Mgなどを添加することも可能である。
However, the
同様に、本実施例ではキャップ層116としてGaN層を用いたが、電子供給層107の材料より電子親和力(バンドギャップの小さい)の大きいGaN系材料であれば、キャップ層として有効である。
Similarly, although a GaN layer is used as the
同様に、各層の膜厚に関しても、所望の厚さとすることができる。ただし、基板101の格子定数と大きく異なっている場合は、転位が発生する臨界膜厚以下とすることが好ましい。
Similarly, the thickness of each layer can be set to a desired thickness. However, when it is greatly different from the lattice constant of the
また、本実施例の電子伝導領域108は、該当領域をドライエッチングにて除去し、GaN層(8×1017cm−3のSiを添加)を再成長することで形成したが、p型電子障壁層105を無効化し電子が基板101方向に流れることができればよく、その方法は問わない。
Further, the electron
また、本実施例ではソース電極109、ドレイン電極114としてTi/Alを用いたが、ソース電極109は電子供給層107であるAlGaNと、ドレイン電極114は基板101と各々オーミック接触する金属であればよく、例えば、W、Mo、Si、Ti、Pt、Nb、Al、Au等の金属を用いることができ、複数の上記金属を積層した構造とすることもできる。
In this embodiment, Ti / Al is used for the
同様に、本実施例ではゲート電極112としてNi/Auを用いたが、本実施例ではゲート電極112が半導体と直接接していないので、所望の金属とすることが出来る。ただし、ゲート絶縁膜111や保護膜113と反応しないことが望ましい。
Similarly, Ni / Au is used as the
また、本実施例では、リセス構造作製の際、キャリア供給層のうち0.025μmを除去したが、リセスで除去する半導体厚は任意の厚さとすることが出来、キャリア供給層の厚さ以上まで除去することが可能である。 Further, in this embodiment, 0.025 μm of the carrier supply layer was removed during the fabrication of the recess structure, but the semiconductor thickness to be removed by the recess can be any thickness, up to the thickness of the carrier supply layer or more. It is possible to remove.
ただし、除去する半導体厚が薄いとリセス構造による耐圧向上の効果、および電流コラプス低減の効果が少なくなり、除去する半導体厚が厚いと、ゲート下のキャリア減少および移動度低下や二次元電子ガスの消滅により抵抗が高くなるため、除去する半導体厚は、元々成膜された半導体厚の30%から90%が好ましい。 However, if the semiconductor thickness to be removed is thin, the effect of improving the breakdown voltage due to the recess structure and the effect of reducing current collapse are reduced, and if the semiconductor thickness to be removed is thick, the decrease in carrier and mobility under the gate and the two-dimensional electron gas Since resistance increases due to extinction, the semiconductor thickness to be removed is preferably 30% to 90% of the originally formed semiconductor thickness.
また、本実施例では、ゲート電極112の庇がソース電極109側よりドレイン電極114側に長くなるように形成したが、ソース側の庇は本実施の形態の効果には関与しないため、ドレイン電極114側の庇と等しいか長くすることも可能である。
Further, in this embodiment, the
ただし、ソース側の庇が長くなると、耐圧の向上や電流コラプス低減の効果に対しゲート容量の増大による、利得低下が大きくなるため、ドレイン電極114側の庇よりも短いことが好ましい。 However, if the length of the source-side ridge becomes longer, the gain decrease due to the increase of the gate capacitance increases with respect to the effect of improving the breakdown voltage and reducing the current collapse.
なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。また、当然ながら、上述した実施の形態および複数の変形例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態および変形例では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。 The present invention is not limited to the present embodiment, and various modifications are allowed without departing from the scope of the present invention. Needless to say, the above-described embodiment and a plurality of modifications can be combined within a range in which the contents do not conflict with each other. Further, in the above-described embodiments and modifications, the structure of each part has been specifically described, but the structure and the like can be changed in various ways within a range that satisfies the present invention.
101 GaN系半導体からなる基板
102 第一のGaN系半導体からなる高濃度n型コレクター層
103 第二のGaN系半導体からなるドリフト層
104 第三のGaN系半導体からなる電界緩和層
105 第四のGaN系半導体からなるp型電子障壁層
106 第五のGaN系半導体からなる電子走行層
107 第六のGaN系半導体からなる電子供給層
108 電子伝導領域
108A 第一のイオン注入(表層部イオン注入)による電子伝導領域
108B 第二のイオン注入(深部イオン注入)による電子伝導領域
109 ソース電極
110 第一の絶縁膜
111 ゲート絶縁膜
112 ゲート電極
113 保護膜
114 ドレイン電極
115 2DEG−n+接続部
116 第七のGaN系半導体からなるキャップ層
117 イオン注入用トレンチ
118B イオンの投影飛程距離
1001 n−GaN基板
1002 n−−GaN層
1003 p−GaN層
1004 AlN層
1005 i−GaN層
1006 n−GaN層
1007 i−AlGaN層
1008 オーミック電極
1009 SiO2膜
1010 ゲート電極
101
Claims (10)
ゲート絶縁膜を介してゲート電極と接する窒化物半導体層の第一半導体層と、ドレイン電極と導通するn型窒化物半導体層の第二半導体層または前記ドレイン電極とが、p型窒化物半導体層を挟んで相対しており、該p型窒化物半導体層とソース電極または前記ゲート電極との間に、少なくとも窒化物半導体層のキャリア走行層と前記キャリア走行層より電子親和力の小さい窒化物半導体層の第三半導体層とが位置しており、少なくとも前記第三半導体層のヘテロ接合界面の一つにおいて二次元電子ガスが形成されており、これをチャネルとするヘテロ接合電界効果トランジスタであって、
前記ゲート電極に対して前記ソース電極の反対側に、前記ゲート絶縁膜を介して前記第一半導体層と、前記第二半導体層の間で導通経路を形成するn型導電層と、を備えており、
そのn型導電層の表面には、トレンチ構造が形成されており、前記トレンチ構造の底面及び側面は前記n型導電層に接しており、
前記n型導電層は、前記第一半導体層から前記第二半導体層にかけて形成されており、深さ方向において、前記n型導電層の一端は前記第一半導体層に達し、前記n型導電層の他端は前記p型窒化物半導体層より深く前記第二半導体層にまで達しており、
前記n型導電層と当該n型導電層のn型不純物が注入されていないチャネル領域との接続部に注入されているn型不純物濃度が1×1018cm−3以下であること、
を特徴とするヘテロ接合電界効果トランジスタ。 It is a nitride semiconductor field effect transistor in which the traveling direction of electrons under the gate electrode which is a carrier is parallel to the substrate surface,
The first semiconductor layer of the nitride semiconductor layer that is in contact with the gate electrode through the gate insulating film, and the second semiconductor layer of the n-type nitride semiconductor layer that is electrically connected to the drain electrode or the drain electrode is a p-type nitride semiconductor layer A nitride semiconductor layer having a smaller electron affinity than the carrier traveling layer and the carrier traveling layer of the nitride semiconductor layer between the p-type nitride semiconductor layer and the source electrode or the gate electrode The third semiconductor layer is located, and at least one of the heterojunction interfaces of the third semiconductor layer, a two-dimensional electron gas is formed, and a heterojunction field effect transistor having this as a channel,
The first semiconductor layer and the n-type conductive layer forming a conduction path between the second semiconductor layers via the gate insulating film on the opposite side of the source electrode with respect to the gate electrode And
A trench structure is formed on the surface of the n-type conductive layer, and the bottom and side surfaces of the trench structure are in contact with the n-type conductive layer,
The n-type conductive layer is formed from the first semiconductor layer to the second semiconductor layer, and one end of the n-type conductive layer reaches the first semiconductor layer in the depth direction, and the n-type conductive layer The other end of the p-type nitride semiconductor layer reaches the second semiconductor layer deeper than the p-type nitride semiconductor layer,
The concentration of the n-type impurity injected into the connection portion between the n-type conductive layer and the channel region in which the n-type impurity is not implanted in the n-type conductive layer is 1 × 10 18 cm −3 or less,
A heterojunction field effect transistor characterized by
ゲート絶縁膜を介してゲート電極と接する窒化物半導体層の第一半導体層と、ドレイン電極と導通するn型窒化物半導体層の第二半導体層または前記ドレイン電極とが、p型窒化物半導体層を挟んで相対しており、該p型窒化物半導体層とソース電極または前記ゲート電極との間に、少なくとも窒化物半導体層のキャリア走行層と前記キャリア走行層より電子親和力の小さい窒化物半導体層の第三半導体層とが位置しており、少なくとも前記第三半導体層のヘテロ接合界面の一つにおいて二次元電子ガスが形成されており、これをチャネルとするヘテロ接合電界効果トランジスタであって、
前記ゲート電極に対して前記ソース電極の反対側に、前記ゲート絶縁膜を介して前記第一半導体層と、前記第二半導体層の間で導通経路を形成するn型導電層と、を備えており、
そのn型導電層の表面には、トレンチ構造が形成されており、前記トレンチ構造の底面及び側面は前記n型導電層に接しており、
前記n型導電層は、前記第一半導体層から前記第二半導体層にかけて形成されており、深さ方向において、前記n型導電層の一端は前記第一半導体層に達し、前記n型導電層の他端は前記p型窒化物半導体層より深く前記第二半導体層にまで達しており、
前記n型導電層と当該n型導電層のn型不純物が注入されていないチャネル領域との接続部において、注入されているn型不純物濃度が1×1020cm−3以上であるか、または、イオン化されているn型不純物濃度が1×1019cm−3以上であること、
を特徴とするヘテロ接合電界効果トランジスタ。 It is a nitride semiconductor field effect transistor in which the traveling direction of electrons under the gate electrode which is a carrier is parallel to the substrate surface,
The first semiconductor layer of the nitride semiconductor layer that is in contact with the gate electrode through the gate insulating film, and the second semiconductor layer of the n-type nitride semiconductor layer that is electrically connected to the drain electrode or the drain electrode is a p-type nitride semiconductor layer A nitride semiconductor layer having a smaller electron affinity than the carrier traveling layer and the carrier traveling layer of the nitride semiconductor layer between the p-type nitride semiconductor layer and the source electrode or the gate electrode The third semiconductor layer is located, and at least one of the heterojunction interfaces of the third semiconductor layer, a two-dimensional electron gas is formed, and a heterojunction field effect transistor having this as a channel,
The first semiconductor layer and the n-type conductive layer forming a conduction path between the second semiconductor layers via the gate insulating film on the opposite side of the source electrode with respect to the gate electrode And
A trench structure is formed on the surface of the n-type conductive layer, and the bottom and side surfaces of the trench structure are in contact with the n-type conductive layer,
The n-type conductive layer is formed from the first semiconductor layer to the second semiconductor layer, and one end of the n-type conductive layer reaches the first semiconductor layer in the depth direction, and the n-type conductive layer The other end of the p-type nitride semiconductor layer reaches the second semiconductor layer deeper than the p-type nitride semiconductor layer,
In the connection portion between the n-type conductive layer and the channel region where the n-type impurity of the n-type conductive layer is not implanted, the concentration of the implanted n-type impurity is 1 × 10 20 cm −3 or more, or The ionized n-type impurity concentration is 1 × 10 19 cm −3 or more,
A heterojunction field effect transistor characterized by
ゲート絶縁膜を介してゲート電極と接する窒化物半導体層の第一半導体層と、ドレイン電極と導通するn型窒化物半導体層の第二半導体層または前記ドレイン電極とが、p型窒化物半導体層を挟んで相対しており、該p型窒化物半導体層とソース電極または前記ゲート電極との間に、少なくとも窒化物半導体層のキャリア走行層と前記キャリア走行層より電子親和力の小さい窒化物半導体層の第三半導体層とが位置しており、少なくとも前記第三半導体層のヘテロ接合界面の一つにおいて二次元電子ガスが形成されており、これをチャネルとするヘテロ接合電界効果トランジスタであって、
前記ゲート電極に対して前記ソース電極の反対側に、前記ゲート絶縁膜を介して前記第一半導体層と、前記第二半導体層の間で導通経路を形成するn型導電層と、を備えており、
そのn型導電層の表面には、トレンチ構造が形成されており、前記トレンチ構造の底面及び側面は前記n型導電層に接しており、
前記n型導電層は、前記第一半導体層から前記第二半導体層にかけて形成されており、深さ方向において、前記n型導電層の一端は前記第一半導体層に達し、前記n型導電層の他端は前記p型窒化物半導体層より深く前記第二半導体層にまで達しており、
前記n型導電層と当該n型導電層のn型不純物が注入されていないチャネル領域との接続部において、注入されているn型不純物濃度が1×1020cm−3以上であるか、または、イオン化されているn型不純物濃度が1×1019cm−3以上であり、
該接続部と前記n型導電層を介して前記ドレイン電極と導通された前記半導体層との間にn+導通経路が形成されていること、
を特徴とするヘテロ接合電界効果トランジスタ。 It is a nitride semiconductor field effect transistor in which the traveling direction of electrons under the gate electrode which is a carrier is parallel to the substrate surface,
The first semiconductor layer of the nitride semiconductor layer that is in contact with the gate electrode through the gate insulating film, and the second semiconductor layer of the n-type nitride semiconductor layer that is electrically connected to the drain electrode or the drain electrode is a p-type nitride semiconductor layer A nitride semiconductor layer having a smaller electron affinity than the carrier traveling layer and the carrier traveling layer of the nitride semiconductor layer between the p-type nitride semiconductor layer and the source electrode or the gate electrode The third semiconductor layer is located, and at least one of the heterojunction interfaces of the third semiconductor layer, a two-dimensional electron gas is formed, and a heterojunction field effect transistor having this as a channel,
The first semiconductor layer and the n-type conductive layer forming a conduction path between the second semiconductor layers via the gate insulating film on the opposite side of the source electrode with respect to the gate electrode And
A trench structure is formed on the surface of the n-type conductive layer, and the bottom and side surfaces of the trench structure are in contact with the n-type conductive layer,
The n-type conductive layer is formed from the first semiconductor layer to the second semiconductor layer, and one end of the n-type conductive layer reaches the first semiconductor layer in the depth direction, and the n-type conductive layer The other end of the p-type nitride semiconductor layer reaches the second semiconductor layer deeper than the p-type nitride semiconductor layer,
In the connection portion between the n-type conductive layer and the channel region where the n-type impurity of the n-type conductive layer is not implanted, the concentration of the implanted n-type impurity is 1 × 10 20 cm −3 or more, or The ionized n-type impurity concentration is 1 × 10 19 cm −3 or more,
An n + conduction path is formed between the connection portion and the semiconductor layer conducted with the drain electrode through the n-type conductive layer;
A heterojunction field effect transistor characterized by
を特徴とする請求項2又は3に記載のヘテロ接合電界効果トランジスタ。 The connection portion between the n-type conductive layer and the channel region into which the n-type impurity is not implanted has an n-type impurity concentration of 1 × 10 19 cm −3 ionized under a temperature condition of 5 ° C. or more and 35 ° C. or less. That's it,
The heterojunction field effect transistor according to claim 2 or 3.
を特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のヘテロ接合電界効果トランジスタ。 From the substrate side to the source electrode side of the p-type nitride semiconductor layer, the Al composition ratio is decreased, the In composition ratio is increased, the Al composition ratio is decreased, and the In composition ratio is increased. The In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) layer whose composition is modulated is composed of the second semiconductor layer of n-type GaN and the p-type GaN. Being disposed between the p-type nitride semiconductor layers;
The heterojunction field effect transistor according to any one of claims 1 to 4.
を特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のヘテロ接合電界効果トランジスタ。 The gate electrode flange other than the closest part of the gate electrode and the semiconductor layer is longer on the opposite side of the source electrode than on the source electrode side,
The heterojunction field effect transistor according to any one of claims 1 to 5.
前記ゲート電極に対して前記ソース電極の反対側に、前記ゲート絶縁膜を介して前記第一半導体層と、前記第二半導体層の間で導通経路を形成するn型導電層と、を形成し、
そのn型導電層は選択的にイオン注入されたn型不純物をアニール処理で活性化することにより形成し、
そのn型導電層は、イオン注入領域と側面および底面が接するトレンチ構造を形成し、
前記n型導電層は、注入イオンの投影飛程Di(μm)が前記トレンチ構造の深さDt(μm)より長くなるような加速エネルギーのイオン注入で形成し(Di>Dt)、かつ、前記p型窒化物半導体層より深く前記第二半導体層にまで注入イオンを達せさせ、
前記n型導電層と前記n型不純物が注入されないチャネル領域との接続部に注入するn型不純物濃度を1×1018cm−3以下とすること、
を特徴とするヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法。 A nitride semiconductor field effect transistor in which a traveling direction of electrons under a gate electrode serving as a carrier is parallel to the substrate surface, a first semiconductor layer of a nitride semiconductor layer in contact with the gate electrode through a gate insulating film, and a drain electrode A second semiconductor layer of the n-type nitride semiconductor layer that is electrically connected to the drain electrode or the drain electrode, with the p-type nitride semiconductor layer interposed therebetween, and the p-type nitride semiconductor layer and the source electrode or the gate electrode Between the carrier traveling layer of the nitride semiconductor layer and the third semiconductor layer of the nitride semiconductor layer having a lower electron affinity than the carrier traveling layer, and at least the heterojunction interface of the third semiconductor layer In one, a two-dimensional electron gas is formed, which is a method of manufacturing a heterojunction field effect transistor using this as a channel,
The first semiconductor layer and the n-type conductive layer forming a conduction path between the second semiconductor layers are formed on the opposite side of the source electrode with respect to the gate electrode via the gate insulating film. ,
The n-type conductive layer is formed by activating selectively ion-implanted n-type impurities by annealing,
The n-type conductive layer forms a trench structure in which the ion implantation region is in contact with the side surface and the bottom surface.
The n-type conductive layer is formed by ion implantation with acceleration energy such that a projected range Di (μm) of implanted ions is longer than a depth Dt (μm) of the trench structure (Di> Dt), and the implanted ions reach the second semiconductor layer deeper than the p-type nitride semiconductor layer;
An n-type impurity concentration implanted into a connection portion between the n-type conductive layer and the channel region into which the n-type impurity is not implanted is 1 × 10 18 cm −3 or less,
A method of manufacturing a heterojunction field effect transistor.
前記ゲート電極に対して前記ソース電極の反対側に、前記ゲート絶縁膜を介して前記第一半導体層と、前記第二半導体層の間で導通経路を形成するn型導電層と、を形成し、
そのn型導電層は選択的にイオン注入されたn型不純物をアニール処理で活性化することにより形成し、
そのn型導電層は、イオン注入領域と側面および底面が接するトレンチ構造を形成し、
前記n型導電層は、注入イオンの投影飛程Di(μm)が前記トレンチ構造の深さDt(μm)より長くなるような加速エネルギーのイオン注入で形成し(Di>Dt)、かつ、前記p型窒化物半導体層より深く前記第二半導体層にまで注入イオンを達せさせ、
前記n型導電層と前記n型不純物が注入されないチャネル領域との接続部において、注入するn型不純物濃度を1×1020cm−3以上とするか、または、イオン化するn型不純物濃度を1×1019cm−3以上とすること、
を特徴とするヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法。 A nitride semiconductor field effect transistor in which a traveling direction of electrons under a gate electrode serving as a carrier is parallel to the substrate surface, a first semiconductor layer of a nitride semiconductor layer in contact with the gate electrode through a gate insulating film, and a drain electrode A second semiconductor layer of the n-type nitride semiconductor layer that is electrically connected to the drain electrode or the drain electrode, with the p-type nitride semiconductor layer interposed therebetween, and the p-type nitride semiconductor layer and the source electrode or the gate electrode Between the carrier traveling layer of the nitride semiconductor layer and the third semiconductor layer of the nitride semiconductor layer having a lower electron affinity than the carrier traveling layer, and at least the heterojunction interface of the third semiconductor layer In one, a two-dimensional electron gas is formed, which is a method of manufacturing a heterojunction field effect transistor using this as a channel,
The first semiconductor layer and the n-type conductive layer forming a conduction path between the second semiconductor layers are formed on the opposite side of the source electrode with respect to the gate electrode via the gate insulating film. ,
The n-type conductive layer is formed by activating selectively ion-implanted n-type impurities by annealing,
The n-type conductive layer forms a trench structure in which the ion implantation region is in contact with the side surface and the bottom surface.
The n-type conductive layer is formed by ion implantation with acceleration energy such that a projected range Di (μm) of implanted ions is longer than a depth Dt (μm) of the trench structure (Di> Dt), and the implanted ions reach the second semiconductor layer deeper than the p-type nitride semiconductor layer;
In the connection portion between the n-type conductive layer and the channel region into which the n-type impurity is not implanted, the n-type impurity concentration to be implanted is 1 × 10 20 cm −3 or more, or the n-type impurity concentration to be ionized is 1 × 10 19 cm −3 or more,
A method of manufacturing a heterojunction field effect transistor.
前記ゲート電極に対して前記ソース電極の反対側に、前記ゲート絶縁膜を介して前記第一半導体層と、前記第二半導体層の間で導通経路を形成するn型導電層と、を形成し、
そのn型導電層は選択的にイオン注入されたn型不純物をアニール処理で活性化することにより形成し、
そのn型導電層は、イオン注入領域と側面および底面が接するトレンチ構造を形成し、
前記n型導電層は、イオンを第一の加速エネルギーで加速して注入し、前記半導体へテロ界面より深く注入イオンが達する第一のイオン注入と、併せて、イオンを第二の加速エネルギーで注入し、前記p型窒化物半導体層より深く、かつ前記第二半導体層にまで注入イオンが達する第二のイオン注入によって選択的に形成し、
前記第一および第二のイオン注入領域は互いにオーバーラップさせ、
前記n型導電層と前記n型不純物が注入されないチャネル領域との接続部において、注入するn型不純物濃度を1×1020cm−3以上とするか、または、イオン化するn型不純物濃度を1×1019cm−3以上とし、
該接続部とイオン注入領域を介してドレイン電極と導通された半導体層との間にn+導通経路を形成すること、
を特徴とするヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法。 A nitride semiconductor field effect transistor in which a traveling direction of electrons under a gate electrode serving as a carrier is parallel to the substrate surface, a first semiconductor layer of a nitride semiconductor layer in contact with the gate electrode through a gate insulating film, and a drain electrode A second semiconductor layer of the n-type nitride semiconductor layer that is electrically connected to the drain electrode or the drain electrode, with the p-type nitride semiconductor layer interposed therebetween, and the p-type nitride semiconductor layer and the source electrode or the gate electrode Between the carrier traveling layer of the nitride semiconductor layer and the third semiconductor layer of the nitride semiconductor layer having a lower electron affinity than the carrier traveling layer, and at least the heterojunction interface of the third semiconductor layer In one, a two-dimensional electron gas is formed, which is a method of manufacturing a heterojunction field effect transistor using this as a channel,
The first semiconductor layer and the n-type conductive layer forming a conduction path between the second semiconductor layers are formed on the opposite side of the source electrode with respect to the gate electrode via the gate insulating film. ,
The n-type conductive layer is formed by activating selectively ion-implanted n-type impurities by annealing,
The n-type conductive layer forms a trench structure in which the ion implantation region is in contact with the side surface and the bottom surface.
The n-type conductive layer implants ions with a first acceleration energy and implants ions with a second acceleration energy in combination with the first ion implantation in which the implanted ions reach deeper than the semiconductor heterointerface. Implanted and selectively formed by a second ion implantation that reaches deeper than the p-type nitride semiconductor layer and reaches the second semiconductor layer;
The first and second ion implantation regions overlap each other;
In the connection portion between the n-type conductive layer and the channel region into which the n-type impurity is not implanted, the n-type impurity concentration to be implanted is 1 × 10 20 cm −3 or more, or the n-type impurity concentration to be ionized is 1 × 10 19 cm −3 or more,
Forming an n + conduction path between the connection portion and the semiconductor layer conducted with the drain electrode through the ion implantation region;
A method of manufacturing a heterojunction field effect transistor.
を特徴とする請求項7〜9のいずれか一項に記載のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法。 The activation annealing treatment is performed at a temperature within a range of 1100 ° C. or more and less than 1300 ° C. after an annealing protective film (through film) that covers the entire epitaxial multilayer film sample to be annealed is formed. ,
A method for producing a heterojunction field effect transistor according to any one of claims 7 to 9.
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